ES2527704B2 - System and method for measuring the voltages of the capacitive arrangements of the sub-modules of a multilevel power converter with distributed energy storage (MMC) and MMC converter - Google Patents

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Abstract

Sistema y método de medida de las tensiones de las disposiciones capacitivas de los sub-módulos de un convertidor de potencia multinivel con almacenamiento distribuido de energía (MMC) y convertidor MMC#El sistema comprende:#- unos sensores de tensión (SEN(sub,s1), SEN(sub,s2) SEN(sub,i1), SEN(sub,i2), cada uno de los cuales está configurado para medir la tensión entre los terminales de una disposición en serie de sub-módulos (SMs(1)… SMs(n); SMi(1)… SMi(n); y#- unos medios de procesamiento para:#- determinar que la medida de tensión realizada es una medida real de tensión en el condensador de un sub-módulo activado y estimar las tensiones en los condensadores de los sub-módulos desactivados; o#- estimar las tensiones en los condensadores de los sub-módulos desactivados y de los activados.#El convertidor MMC incluye el sistema de medida del primer aspecto.#El método comprende combinar medidas reales con estimadas, en función del estado de activación/desactivación de los sub-módulos del convertidor MMC.System and method for measuring the voltages of the capacitive arrangements of the sub-modules of a multilevel power converter with distributed energy storage (MMC) and MMC converter # The system comprises: # - voltage sensors (SEN (sub, s1), SEN (sub, s2) SEN (sub, i1), SEN (sub, i2), each of which is configured to measure the voltage between the terminals of a serial arrangement of sub-modules (SMs (1 )… SMs (n); SMi (1)… SMi (n); and # - a means of processing to: # - determine that the voltage measurement performed is a real voltage measurement in the capacitor of an activated sub-module and estimate the capacitor voltages of the deactivated sub-modules; or # - estimate the capacitor voltages of the deactivated and activated sub-modules. # The MMC converter includes the measurement system of the first aspect. # The method comprises combining actual measurements with estimates, depending on the activation / deactivation status of MMC converter sub-modules.

Description

DESCRIPCIÓN DESCRIPTION

Sistema y método de medida de las tensiones de las disposiciones capacitivas de los sub-módulos de un convertidor de potencia multinivel con almacenamiento distribuido de energía (MMC) y convertidor MMC. 5 System and method for measuring the voltages of the capacitive arrangements of the sub-modules of a multilevel power converter with distributed energy storage (MMC) and MMC converter. 5

Sector de la técnica Technical sector

La presente invención concierne, en general y en un primer aspecto, a un sistema de medida de las tensiones de las disposiciones capacitivas, en general formadas por un condensador (C), de los sub-módulos (SMs) de un convertidor de potencia multinivel 10 con almacenamiento distribuido de energía, conocido comúnmente como convertidor MMC (MMC: Modular Multilevel Converter), y más en particular a un sistema que comprende un número de sensores de tensión inferior al número de sub-módulos del convertidor MMC. The present invention concerns, in general and in a first aspect, a system for measuring the voltages of the capacitive arrangements, in general formed by a capacitor (C), of the sub-modules (SMs) of a multilevel power converter 10 with distributed energy storage, commonly known as MMC converter (MMC: Modular Multilevel Converter), and more particularly to a system comprising a number of voltage sensors less than the number of MMC converter sub-modules.

Un segundo aspecto de la invención concierne a un convertidor MMC que 15 incluye el sistema de medida del primer aspecto. A second aspect of the invention concerns an MMC converter that includes the measurement system of the first aspect.

Un tercer aspecto de la invención concierne a un método de medida de las tensiones de las disposiciones capacitivas de los sub-módulos de un convertidor MMC, que comprende combinar medidas reales con medidas estimadas, aprovechando el conocimiento sobre el estado de activación/desactivación de los sub-módulos del 20 convertidor MMC. A third aspect of the invention concerns a method of measuring the voltages of the capacitive arrangements of the sub-modules of an MMC converter, which comprises combining real measurements with estimated measurements, taking advantage of the knowledge about the state of activation / deactivation of the sub-modules of the 20 MMC converter.

La presente invención está relacionada, de forma general, con la electrónica de potencia, y de forma más particular, en reducir el número de sensores de tensión utilizados para medir las tensiones de las disposiciones capacitivas de cada SM en un convertidor MMC. Este tipo de convertidores se utilizan fundamentalmente en 25 aplicaciones de alta tensión, especialmente en transmisión de energía en corriente continua (HVDC: High Voltage Direct Current), y más recientemente en accionamiento de motores de alta potencia. The present invention relates, in general, to power electronics, and more particularly, in reducing the number of voltage sensors used to measure the voltages of the capacitive arrangements of each SM in an MMC converter. These types of converters are mainly used in 25 high voltage applications, especially in direct current power transmission (HVDC: High Voltage Direct Current), and more recently in high power motor drive.

Estado de la técnica anterior 30 PRIOR ART 30

La presente invención está relacionada con un convertidor multinivel con almacenamiento de energía distribuido, es decir un dispositivo para convertir corriente continua (CC) a corriente alterna (CA), o al revés, conocido comúnmente cómo MMC. The present invention relates to a multilevel converter with distributed energy storage, that is, a device for converting direct current (DC) to alternating current (AC), or vice versa, commonly known as MMC.

La topología básica de este convertidor fue patentada en DE10103031B4, aunque se han publicado otras variantes en WO2007023064A1, WO2009149743A1, US8599591B2, y DE102011086087A1. Este convertidor está formado por dos ramas o semi-fases conectadas entre uno de los terminales del bus de continua y el punto de salida. Cada una de estas ramas consiste en la unión en serie de N celdas o sub-módulos idénticos 5 más una inductancia [1]. Los SMs están formados por una disposición capacitiva, en general formada por un condensador (C), y por un convertidor estático, normalmente en forma de semi-puente (half-bridge) o puente completo (full-bridge). Estos SMs trabajan como fuente de tensión, aportando las tensiones de las disposiciones capacitivas a la rama cuando están activadas o aportando una tensión prácticamente cero cuando están 10 desactivadas. Así, la tensión de la rama consiste en la suma de las tensiones aportadas por cada uno de los SMs activados menos las caídas de tensión de todos los SMs, generalmente insignificantes. El número de SMs que deben estar activos en cada momento se puede definir mediante diversas técnicas de modulación [2-4]. The basic topology of this converter was patented in DE10103031B4, although other variants have been published in WO2007023064A1, WO2009149743A1, US8599591B2, and DE102011086087A1. This converter is formed by two branches or semi-phases connected between one of the terminals of the continuous bus and the exit point. Each of these branches consists of the series union of N identical cells or sub-modules 5 plus an inductance [1]. The SMs are formed by a capacitive arrangement, generally formed by a capacitor (C), and by a static converter, usually in the form of half-bridge or full-bridge. These SMs work as a voltage source, providing the tensions of the capacitive arrangements to the branch when they are activated or providing a practically zero voltage when they are deactivated. Thus, the branch tension consists of the sum of the tensions contributed by each one of the activated SMs minus the voltage drops of all the SMs, generally insignificant. The number of SMs that must be active at any time can be defined by various modulation techniques [2-4].

Las técnicas de modulación generalmente definen el número de SMs a activar, 15 pero no qué SMs concretos se deben activar. Para ello normalmente se usa un algoritmo de equilibrado de tensión [5], el cual decide el SM concreto que se activará con el objetivo de mantener la misma tensión en todos los SMs. Para poder aplicar este algoritmo es necesario conocer todas las tensiones de las disposiciones capacitivas de los SMs. 20 Modulation techniques generally define the number of SMs to be activated, 15 but not which specific SMs should be activated. For this, a voltage balancing algorithm [5] is normally used, which decides the specific SM that will be activated in order to maintain the same voltage in all the SMs. In order to apply this algorithm it is necessary to know all the tensions of the capacitive dispositions of the SMs. twenty

Las tensiones de las disposiciones capacitivas de los SMs se miden actualmente mediante sensores entre los bornes de las disposiciones capacitivas pertinentes. En aplicaciones reales de este tipo de convertidor, el número de SMs por rama puede ascender a centenares [6]. Por este motivo, la elevada cantidad de medidas de tensiones y su adaptación para su posterior procesamiento complica la implementación y el 25 control de este convertidor, a la vez que compromete su fiabilidad. Hasta el momento se ha desarrollado alguna técnica para reducir el tiempo de procesado de las tensiones [7] pero no para reducir el número de sensores necesarios. Existen también algunas técnicas de control sin realimentación en las que no se miden las tensiones [8], pero su estabilidad y fiabilidad es muy reducida. 30 The voltages of the capacitive arrangements of the SMs are currently measured by sensors between the terminals of the relevant capacitive arrangements. In real applications of this type of converter, the number of SMs per branch can amount to hundreds [6]. For this reason, the high amount of voltage measurements and their adaptation for further processing complicates the implementation and control of this converter, while compromising its reliability. So far, some technique has been developed to reduce the processing time of the voltages [7] but not to reduce the number of sensors needed. There are also some control techniques without feedback in which the voltages are not measured [8], but their stability and reliability is very low. 30

Referencias: References:

[1] A. Lesnicar and R. Marquardt, “An innovative modular multilevel converter topology suitable for a wide power range,” in Power Tech Conference Proceedings, 2003 IEEE Bologna, 2003. 5 [1] A. Lesnicar and R. Marquardt, “An innovative modular multilevel converter topology suitable for a wide power range,” in Power Tech Conference Proceedings, 2003 IEEE Bologna, 2003. 5

[2] L. G. Franquelo, J. Rodríguez, J. I. Leon, S. Kouro, R. Portillo and M. A. M. Prats, “The age of multilevel converters arrives,” Industrial Electronics Magazine, IEEE, vol. 2, pp. 28-39, 2008. [2] L. G. Franquelo, J. Rodríguez, J. I. Leon, S. Kouro, R. Portillo and M. A. M. Prats, “The age of multilevel converters arrives,” Industrial Electronics Magazine, IEEE, vol. 2, pp. 28-39, 2008.

[3] L. Yapeng, H. Pengfei, G. Jie and J. Daozhuo, “A review of module multi-level converters,” in Natural Computation (ICNC), 2011 Seventh International 10 Conference on, 2011, pp. 1934-1940. [3] L. Yapeng, H. Pengfei, G. Jie and J. Daozhuo, “A review of module multi-level converters,” in Natural Computation (ICNC), 2011 Seventh International 10 Conference on, 2011, pp. 1934-1940.

[4] M. Hagiwara and H. Akagi, “Control and Experiment of Pulsewidth-Modulated Modular Multilevel Converters,” Power Electronics, IEEE Transactions on, vol. 24, pp. 1737-1746, 2009. [4] M. Hagiwara and H. Akagi, "Control and Experiment of Pulsewidth-Modulated Modular Multilevel Converters," Power Electronics, IEEE Transactions on, vol. 24, pp. 1737-1746, 2009.

[5] M. Saeedifard and R. Iravani, “Dynamic Performance of a Modular Multilevel 15 Back-to-Back HVDC System,” Power Delivery, IEEE Transactions on, vol. 25, pp. 2903-2912, 2010. [5] M. Saeedifard and R. Iravani, “Dynamic Performance of a Modular Multilevel 15 Back-to-Back HVDC System,” Power Delivery, IEEE Transactions on, vol. 25, pp. 2903-2912, 2010.

[6] K. Friedrich, “Modern HVDC PLUS application of VSC in Modular Multilevel Converter topology,” in Industrial Electronics (ISIE), 2010 IEEE International Symposium on, 2010, pp. 3807-3810. 20 [6] K. Friedrich, “Modern HVDC PLUS application of VSC in Modular Multilevel Converter topology,” in Industrial Electronics (ISIE), 2010 IEEE International Symposium on, 2010, pp. 3807-3810. twenty

[7] J. Mei, K. Shen and B. Xiao, “A New Selective Loop Bias Mapping Phase Disposition PWM with Dynamic Voltage Balance Capability for Modular Multilevel Converter,” Industrial Electronics, IEEE Transactions on, vol. PP, pp. 1-1, 2013. [7] J. Mei, K. Shen and B. Xiao, “A New Selective Loop Bias Mapping Phase Disposition PWM with Dynamic Voltage Balance Capability for Modular Multilevel Converter,” Industrial Electronics, IEEE Transactions on, vol. PP, pp. 1-1, 2013.

[8] G. S. Konstantinou and V. G. Agelidis, “Performance evaluation of half-bridge 25 cascaded multilevel converters operated with multicarrier sinusoidal PWM techniques,” in Industrial Electronics and Applications, 2009. ICIEA 2009. 4th IEEE Conference on, 2009, pp. 3399-3404. [8] G. S. Konstantinou and V. G. Agelidis, “Performance evaluation of half-bridge 25 cascaded multilevel converters operated with multicarrier sinusoidal PWM techniques,” in Industrial Electronics and Applications, 2009. ICIEA 2009. 4th IEEE Conference on, 2009, pp. 3399-3404.

Explicación de la invención 30 Explanation of the invention 30

La presente invención concierne, en un primer aspecto, a un sistema de medida de las tensiones de las disposiciones capacitivas de los sub-módulos de un convertidor de potencia multinivel con almacenamiento distribuido de energía (MMC), donde dicho convertidor de potencia comprende al menos una fase formada por dos semi-fases, cada The present invention concerns, in a first aspect, a system for measuring the voltages of the capacitive arrangements of the sub-modules of a multilevel power converter with distributed energy storage (MMC), wherein said power converter comprises at least a phase formed by two semi-phases, each

una de las cuales comprende dos o más sub-módulos conectados en serie, y donde cada sub-módulo comprende una disposición capacitiva que comprende uno o más condensadores, dos terminales de salida y unos medios de conmutación que conectan, de manera alternativa, a los dos terminales de salida con los extremos de la disposición de capacitiva, para un estado activado del sub-módulo, o los cortocircuitan entre sí, para 5 un estado desactivado del sub-módulo. one of which comprises two or more sub-modules connected in series, and where each sub-module comprises a capacitive arrangement comprising one or more capacitors, two output terminals and switching means that alternatively connect to the two output terminals with the ends of the capacitive arrangement, for an activated state of the sub-module, or short-circuited each other, for a deactivated state of the sub-module.

A diferencia de los sistemas de medida para convertidores MMC del estado de la técnica, el sistema de medida de la presente invención comprende, de manera característica: Unlike the measurement systems for MMC converters of the prior art, the measurement system of the present invention typically comprises:

- dos o más sensores de tensión, como mínimo uno por semi-fase, cada uno de 10 los cuales está configurado para medir la tensión entre los terminales extremos de una disposición en serie de dos o más sub-módulos; y - two or more voltage sensors, at least one per semi-phase, each of 10 which is configured to measure the voltage between the end terminals of a series arrangement of two or more sub-modules; Y

- unos medios de procesamiento con unas entradas dispuestas para recibir los valores de tensión de las medidas efectuadas por dichos dos o más sensores de tensión, y configurados para, a partir de al menos información recibida sobre el estado 15 activado/desactivado de cada sub-módulo: - processing means with inputs arranged to receive the voltage values of the measurements made by said two or more voltage sensors, and configured for, from at least information received on the status 15 on / off of each sub- module:

- determinar que la medida de tensión realizada por al menos uno de dichos dos o más sensores de tensión se corresponde substancialmente con una medida real de tensión en la disposición capacitiva de un sub-módulo activado de su respectiva disposición en serie de sub-módulos; y estimar las tensiones en las 20 disposiciones capacitivas de los sub-módulos desactivados; o - determining that the voltage measurement performed by at least one of said two or more voltage sensors substantially corresponds to a real voltage measurement in the capacitive arrangement of an activated sub-module of its respective serial arrangement of sub-modules; and estimate the tensions in the 20 capacitive provisions of the deactivated sub-modules; or

- estimar las tensiones en las disposiciones capacitivas de los sub-módulos desactivados y de los activados. - estimate the tensions in the capacitive provisions of the deactivated and activated sub-modules.

En general, cada una de las mencionadas disposiciones capacitivas comprende un solo condensador, pero el sistema es válido para medir la tensión de cualquier 25 configuración posible de disposiciones capacitivas, tal como la formada por varios condensadores conectados en serie y/o paralelo. In general, each of said capacitive arrangements comprises a single capacitor, but the system is valid for measuring the voltage of any possible configuration of capacitive arrangements, such as that formed by several capacitors connected in series and / or parallel.

Según un ejemplo de realización preferido, los medios de procesamiento están configurados para realizar dicha determinación de que la medida de tensión realizada por al menos uno de dichos dos o más sensores de tensión se corresponde 30 substancialmente con una medida real de tensión en la disposición capacitiva de un sub-módulo activado de su respectiva disposición en serie de sub-módulos, si solamente dicho sub-módulo se encuentra activado. According to a preferred embodiment, the processing means are configured to make said determination that the voltage measurement performed by at least one of said two or more voltage sensors corresponds substantially to a real voltage measurement in the capacitive arrangement of an activated sub-module of its respective serial arrangement of sub-modules, if only said sub-module is activated.

Preferentemente, el sistema de medida comprende dos o más sensores de tensión por semi-fase, cada uno de los cuales está configurado para medir la tensión entre los terminales extremos de una disposición en serie de dos o más sub-módulos. Preferably, the measurement system comprises two or more semi-phase voltage sensors, each of which is configured to measure the voltage between the end terminals of a series arrangement of two or more sub-modules.

Los medios de procesamiento están configurados, de acuerdo con un ejemplo de realización, para registrar los valores de tensión medidos/estimados para cada 5 disposición capacitiva y para actualizarlos cuando reciben una medida determinada como real para una disposición capacitiva, y los medios de procesamiento comprenden una salida para enviar los valores de tensión medidos, estimados y actualizados a unos medios de control de equilibrado de las tensiones en las disposiciones capacitivas. The processing means are configured, according to an embodiment example, to record the measured / estimated voltage values for each capacitive arrangement and to update them when they receive a measure determined as real for a capacitive arrangement, and the processing means comprise an output to send the measured, estimated and updated voltage values to a means for balancing the voltages in the capacitive arrangements.

Para un ejemplo de realización, el sistema de medida comprende como mínimo 10 un sensor de corriente por semi-fase configurado para medir la corriente que circula por su respectiva semi-fase, comprendiendo los medios de procesamiento una entrada para recibir los valores de corriente medidos y estando configurados para llevar a cabo dicha estimación de las tensiones en las disposiciones capacitivas a partir de los valores de corriente recibidos, de los valores de capacidad de las disposiciones capacitivas y de 15 información sobre el estado activado/desactivado del sub-módulo respectivo. De manera alternativa y/o complementaria, también son posibles otras formas de llevar a cabo tales estimaciones de las tensiones en las disposiciones capacitivas. For an exemplary embodiment, the measuring system comprises at least 10 a semi-phase current sensor configured to measure the current flowing through its respective semi-phase, the processing means comprising an input to receive the measured current values and being configured to carry out said estimation of the voltages in the capacitive arrangements from the received current values, the capacity values of the capacitive arrangements and information on the on / off status of the respective sub-module. Alternatively and / or complementary, other ways of carrying out such estimates of tensions in the capacitive arrangements are also possible.

De acuerdo con otro ejemplo de realización, los medios de procesamiento comprenden unos contadores que cuentan el tiempo que llevan sin actualizarse las 20 medidas de tensión para cada disposición capacitiva, y están configurados para, si el tiempo contado por al menos uno de dichos contadores es superior a un valor límite y superior al del resto de contadores, forzar la activación del sub-módulo asociado. According to another embodiment, the processing means comprise counters that count the time that the 20 voltage measurements have not been updated for each capacitive arrangement, and are configured to, if the time counted by at least one of said counters is higher than a limit value and higher than the rest of the counters, force the activation of the associated sub-module.

Si bien la mencionada activación forzada puede implementarse de diferentes formas, tal como actuando directamente sobre los sub-módulos (por ejemplo a través de 25 una circuitería lógica dispuesta a la salida de los medios de control de equilibrado de las tensiones en las disposiciones capacitivas), de manera preferida ésta se lleva a cabo mediante los medios de control de equilibrado de las tensiones en las disposiciones capacitivas, para lo cual los medios de procesamiento están configurados para llevar a cabo dicha activación forzada variando los valores de tensión enviados a tales medios 30 de control de equilibrado. Although the said forced activation can be implemented in different ways, such as acting directly on the sub-modules (for example, through a logic circuitry arranged at the output of the voltage balancing control means in the capacitive arrangements) , in a preferred manner, this is carried out by means of the voltage balancing control means in the capacitive arrangements, for which the processing means are configured to carry out said forced activation by varying the voltage values sent to such means 30 balancing control.

Para un ejemplo de realización, los medios de procesamiento comprenden unos medios de actualización y estimación de tensiones, encargados de la anteriormente descrita estimación de tensiones para cada disposición capacitiva y de la actualización For an exemplary embodiment, the processing means comprise means for updating and estimating stresses, responsible for the previously described estimation of stresses for each capacitive arrangement and for updating

de sus valores con las medidas reales cuando se dispone de éstas, y unos medios de activación forzada, que como su propio nombre indica están encargados de realizar la activación forzada de los sub-módulos según se ha descrito en los párrafos anteriores. of their values with the real measures when these are available, and means of forced activation, which, as their name indicates, are responsible for carrying out the forced activation of the sub-modules as described in the previous paragraphs.

De acuerdo con un ejemplo de realización, el sistema de medida es un sistema redundante que comprende unos sensores de tensión adicionales, cada uno de los cuales 5 está configurado para medir la tensión de una respectiva semi-fase del convertidor, comprendiendo los medios de procesamiento unas entradas dispuestas para recibir información sobre los valores de tensión de las medidas efectuadas por dichos sensores de tensión adicionales y estando configurados para realizar una comprobación de redundancia comparando cada uno de dichos valores de tensión con la suma de los 10 valores de tensión de cada semi-fase medidos por los sensores de tensión, y actuar en consecuencia en función del resultado de dicha comparación. Opcionalmente, el sistema redundante comprende también otros sensores de tensión dispuestos en paralelo a los sensores de tensión anteriormente descritos, incrementando así la redundancia en las medidas. 15 According to an exemplary embodiment, the measurement system is a redundant system comprising additional voltage sensors, each of which 5 is configured to measure the voltage of a respective semi-phase of the converter, the processing means comprising inputs arranged to receive information on the voltage values of the measurements made by said additional voltage sensors and being configured to perform a redundancy check comparing each of said voltage values with the sum of the 10 voltage values of each semi - phase measured by the voltage sensors, and act accordingly based on the result of said comparison. Optionally, the redundant system also comprises other voltage sensors arranged in parallel to the voltage sensors described above, thereby increasing the redundancy in the measurements. fifteen

En función del ejemplo de realización, el sistema de medida está aplicado a un convertidor monofásico o a un convertidor trifásico, comprendiendo en este último caso como mínimo un sensor de tensión por cada una de las seis semi-fases del convertidor. Depending on the exemplary embodiment, the measurement system is applied to a single-phase converter or a three-phase converter, in the latter case comprising at least one voltage sensor for each of the six semi-phases of the converter.

Un segundo aspecto de la invención concierne a un convertidor de potencia multinivel con almacenamiento distribuido de energía (MMC), donde dicho convertidor 20 de potencia comprende como mínimo una fase formada por dos semi-fases, cada una de las cuales comprende dos o más sub-módulos conectados en serie, y donde cada sub-módulo comprende una disposición capacitiva que comprende uno o más condensadores, dos terminales de salida y unos medios de conmutación que conectan, de manera alternativa, a los dos terminales de salida con los extremos de la disposición 25 capacitiva, para un estado activado del sub-módulo, o los cortocircuitan entre sí, para un estado desactivado del sub-módulo. A second aspect of the invention concerns a multilevel power converter with distributed energy storage (MMC), wherein said power converter 20 comprises at least one phase formed by two semi-phases, each of which comprises two or more sub - modules connected in series, and where each sub-module comprises a capacitive arrangement comprising one or more capacitors, two output terminals and switching means that alternatively connect the two output terminals with the ends of the capacitive arrangement 25, for an activated state of the sub-module, or short-circuits each other, for a deactivated state of the sub-module.

A diferencia de los convertidores MMC conocidos, el propuesto por el segundo aspecto de la presente invención comprende, de manera característica, el sistema de medida del primer aspecto, con cada uno de los mencionados sensores de tensión 30 conectado entre los terminales extremos de unas respectivas disposiciones en serie de dos o más sub-módulos. Unlike the known MMC converters, the one proposed by the second aspect of the present invention comprises, in a characteristic way, the measuring system of the first aspect, with each of said voltage sensors 30 connected between the end terminals of respective ones Serial arrangements of two or more sub-modules.

De acuerdo con un ejemplo de realización, el convertidor comprende unos medios de modulación que generan una señal de modulación, y unos medios de control According to an exemplary embodiment, the converter comprises modulation means that generate a modulation signal, and control means

de equilibrado que reciben dicha señal de modulación, por una entrada, y los valores de tensión medidos, estimados y actualizados por parte de los medios de procesamiento, por otra entrada, y, en base a la señal y los valores recibidos y a un criterio de equilibrado de las tensiones en las disposiciones capacitivas, genera y envía, por una respectiva salida, a los medios de conmutación de los sub-módulos y a los medios de 5 procesamiento unas señales de activación/desactivación. of balancing that receive said modulation signal, for one input, and the measured voltage values, estimated and updated by the processing means, for another input, and, based on the signal and the values received and a criterion of balancing of the voltages in the capacitive arrangements, generates and sends, by a respective output, to the switching means of the sub-modules and to the processing means an activation / deactivation signals.

Un tercer aspecto de la presente invención concierne a un método de medida de las tensiones de las disposiciones capacitivas de los sub-módulos de un convertidor de potencia multinivel con almacenamiento distribuido de energía, donde dicho convertidor de potencia comprende como mínimo una fase formada por dos semi-fases, 10 cada una de las cuales comprende dos o más sub-módulos conectados en serie, y donde cada sub-módulo comprende una disposición capacitiva que comprende uno o más condensadores, dos terminales de salida y unos medios de conmutación que conectan, de manera alternativa, a los dos terminales de salida con los extremos de la disposición capacitiva, para un estado activado del sub-módulo, o los cortocircuitan entre sí, para un 15 estado desactivado del sub-módulo. A third aspect of the present invention concerns a method of measuring the voltages of the capacitive arrangements of the sub-modules of a multilevel power converter with distributed energy storage, wherein said power converter comprises at least one phase formed by two semi-phases, each of which comprises two or more sub-modules connected in series, and where each sub-module comprises a capacitive arrangement comprising one or more capacitors, two output terminals and switching means that connect, alternatively, to the two output terminals with the ends of the capacitive arrangement, for an activated state of the sub-module, or short-circuited each other, for a deactivated state of the sub-module.

A diferencia de los métodos de medida conocidos, el propuesto por el tercer aspecto de la presente invención comprende realizar, de manera automática, las siguientes etapas: Unlike the known measurement methods, the one proposed by the third aspect of the present invention comprises performing, automatically, the following steps:

- realizar dos o más medidas, al menos una por semi-fase, de la tensión existente 20 entre los terminales extremos de una disposición en serie de al menos dos sub-módulos; - make two or more measurements, at least one per semi-phase, of the voltage between the end terminals of a series arrangement of at least two sub-modules;

- realizar un proceso de validación de al menos una de dichas dos o más medidas de tensión, a partir de al menos información sobre el estado activado/desactivado de cada sub-módulo, y en el caso de que dicha validación ofrezca un resultado positivo determinar que la medida validada se corresponde 25 substancialmente con una medida real de tensión en la disposición capacitiva de un sub-módulo activado de su respectiva disposición en serie de sub-módulos; y  - carry out a validation process of at least one of said two or more voltage measurements, based on at least information on the activated / deactivated state of each sub-module, and in the event that said validation offers a positive result determine that the validated measurement corresponds substantially to a real voltage measurement in the capacitive arrangement of an activated sub-module of its respective serial arrangement of sub-modules; Y

- estimar las tensiones en las disposiciones capacitivas de los sub-módulos desactivados y, si la medida de tensión no ha sido validada, también de los sub-módulos activados. 30 - estimate the voltages in the capacitive arrangements of the deactivated sub-modules and, if the voltage measurement has not been validated, also of the activated sub-modules. 30

Para un ejemplo de realización, el método comprende establecer que dicho proceso de validación ofrece un resultado positivo si la medida de tensión ha sido realizada cuando solamente un sub-módulo de la respectiva disposición en serie de sub-For an exemplary embodiment, the method comprises establishing that said validation process offers a positive result if the voltage measurement has been performed when only a sub-module of the respective sub-series serial arrangement

módulos se encontraba activado y éste es el que incluye a dicha disposición capacitiva respecto a la cual determinar dicha medida real de tensión. modules were activated and this is the one that includes said capacitive arrangement with respect to which to determine said actual voltage measurement.

Según un ejemplo de realización, el método del tercer aspecto de la presente invención comprende, para medir la tensión de la disposición capacitiva de un sub-módulo de interés, realizar las siguientes etapas: 5 According to an exemplary embodiment, the method of the third aspect of the present invention comprises, to measure the voltage of the capacitive arrangement of a sub-module of interest, perform the following steps:

a) realizar dicha medida de la tensión existente entre los terminales extremos de una disposición en serie de dos o más sub-módulos que incluyan a dicho sub-módulo de interés, y una medida de al menos la corriente que pasa por la semi-fase que lo incluye; a) performing said measurement of the voltage between the end terminals of a series arrangement of two or more sub-modules that include said sub-module of interest, and a measure of at least the current passing through the semi-phase that includes it;

b) comprobar si se encuentra activado uno solo de dichos dos o más sub-módulos, y si es así, comprobar si el sub-módulo que se encuentra activado es dicho 10 sub-módulo de interés; b) check if only one of said two or more sub-modules is activated, and if so, check if the sub-module that is activated is said sub-module of interest;

b1) si cualquiera de dichas dos comprobaciones ofrece un resultado negativo, estimar la tensión en la disposición capacitiva del sub-módulo de interés a partir del valor de corriente medido de la semi-fase, del valor de la disposición capacitiva y de información sobre el estado 15 activado/desactivado del sub-módulo de interés; y b1) if either of these two checks offers a negative result, estimate the voltage in the capacitive arrangement of the sub-module of interest from the measured current value of the semi-phase, the value of the capacitive arrangement and information on the state 15 on / off of the sub-module of interest; Y

b2) si la dos comprobaciones ofrecen un resultado positivo, considerar la medida de tensión como válida y determinar que se corresponde substancialmente con una medida real de tensión de la disposición capacitiva del sub-módulo de interés, actualizar una posible estimación 20 previa, si es el caso, y enviar el valor de tensión de dicha medida real a dichos medios de control de equilibrado de las tensiones en las disposiciones capacitivas del convertidor. b2) if the two checks offer a positive result, consider the voltage measurement as valid and determine that it corresponds substantially to a real voltage measurement of the capacitive arrangement of the sub-module of interest, update a possible previous estimate 20, if it is the case, and send the voltage value of said real measurement to said voltage balancing control means in the capacitive arrangements of the converter.

En general, dicha etapa b1) comprende: In general, said step b1) comprises:

b1a) enviar el valor de tensión estimado a unos medios de control de 25 equilibrado de las tensiones en las disposiciones capacitivas del convertidor; o b1a) send the estimated voltage value to control means for balancing the voltages in the capacitive arrangements of the converter; or

b1b) contar el tiempo que llevan sin actualizarse las medidas de tensión para la disposición capacitiva del sub-módulo de interés, y si éste es superior a un valor límite y superior al contado para las medidas de tensión para las 30 disposiciones capacitivas del resto de sub-módulos, modificar el valor de tensión estimado y enviar dicho valor modificado a unos medios de control de equilibrado de las tensiones en las disposiciones capacitivas del convertidor para que fuercen la activación del sub-módulo de interés. b1b) count the time that the voltage measurements for the capacitive arrangement of the sub-module of interest have not been updated, and if this is greater than a limit value and greater than the one for the voltage measurements for the 30 capacitive arrangements of the rest of sub-modules, modify the estimated voltage value and send said modified value to a voltage balancing control means in the capacitive arrangements of the converter to force the activation of the sub-module of interest.

De acuerdo con un ejemplo de realización, el método comprende utilizar el sistema de medida del primer aspecto para la medida de las tensiones de las disposiciones capacitivas de los sub-módulos de un convertidor de potencia multinivel con almacenamiento distribuido de energía. According to an embodiment, the method comprises using the measurement system of the first aspect for measuring the voltages of the capacitive arrangements of the sub-modules of a multilevel power converter with distributed energy storage.

La presente invención permite, en todos sus aspectos, medir las tensiones de los 5 condensadores (o agrupaciones de condensadores si es el caso) de todos los SMs de una semi-fase o rama sin tener que usar un sensor independiente por cada SM. La estrategia consiste en conectar los sensores entre la salida de múltiples SMs conectados en serie y tomar las medidas cuando sólo uno de los SMs asociados a un sensor de tensión concreto está activado. De este modo, la tensión medida por los sensores corresponde a 10 la tensión del condensador del SM activado menos las caídas de tensión en el mismo SM y en los demás SMs desactivados (pequeñas y que pueden ser fácilmente estimadas). Aunque, para un ejemplo de realización, la presente invención se puede utilizar con un solo sensor por cada semi-fase del convertidor, para poder utilizarse para cualquier índice de modulación y número de SMs, el mínimo número de sensores de tensión 15 necesarios por semi-fase son dos. También se pueden utilizar más sensores para aumentar la frecuencia de medida. Las medidas tomadas se utilizan para actualizar los valores de unos estimadores de tensión, los cuales calculan la tensión de los condensadores cuando no se dispone de medidas reales. The present invention allows, in all its aspects, to measure the voltages of the 5 capacitors (or capacitor clusters, if applicable) of all the SMs of a semi-phase or branch without having to use an independent sensor for each SM. The strategy is to connect the sensors between the output of multiple SMs connected in series and take measurements when only one of the SMs associated with a specific voltage sensor is activated. Thus, the voltage measured by the sensors corresponds to 10 the capacitor voltage of the activated SM minus the voltage drops in the same SM and in the other deactivated SMs (small and that can be easily estimated). Although, for an exemplary embodiment, the present invention can be used with a single sensor for each semi-phase of the converter, to be able to be used for any modulation index and number of SMs, the minimum number of voltage sensors 15 required per semi - Phase are two. You can also use more sensors to increase the measurement frequency. The measurements taken are used to update the values of voltage estimators, which calculate the voltage of the capacitors when actual measurements are not available.

En un apartado posterior se presenta una implementación del método propuesto 20 por el tercer aspecto de la invención, en la forma de un algoritmo cuyo fin es el de asegurar la actualización de todas las tensiones de cada SM, como mínimo, una vez por cada periodo de la señal de modulación. In a later section an implementation of the proposed method 20 by the third aspect of the invention is presented, in the form of an algorithm whose purpose is to ensure the update of all the tensions of each SM, at least once for each period of the modulation signal.

Una de las principales aplicaciones de este método de medida propuesto es su uso como alternativa a utilizar un sensor de tensión individual para cada SM. De esta 25 forma se consigue una drástica reducción en el número de sensores utilizados, reduciendo los costes del convertidor y de su sistema de control. Otra aplicación es su utilización como sistema redundante a los sensores individuales, permitiendo detectar fallos de los sensores y sustituyendo las medidas del sensor erróneo. One of the main applications of this proposed measurement method is its use as an alternative to using an individual voltage sensor for each SM. In this way, a drastic reduction in the number of sensors used is achieved, reducing the costs of the converter and its control system. Another application is its use as a redundant system to individual sensors, allowing to detect sensor failures and replacing the wrong sensor measurements.

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Breve descripción de los dibujos Brief description of the drawings

Las anteriores y otras ventajas y características se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de The foregoing and other advantages and features will be more fully understood from the following detailed description of some examples of

realización con referencia a los dibujos adjuntos, que deben tomarse a título ilustrativo y no limitativo, en los cuales: realization with reference to the attached drawings, which should be taken by way of illustration and not limitation, in which:

La Figura 1 muestra a modo de ejemplo aclaratorio, el diagrama de bloques del convertidor MMC propuesto por el segundo aspecto de la invención que comprende un sistema de control que incluye el sistema de medida de tensiones propuesto por el 5 primer aspecto de la invención, para un ejemplo de realización. Figure 1 shows by way of explanatory example, the block diagram of the MMC converter proposed by the second aspect of the invention comprising a control system that includes the voltage measurement system proposed by the first aspect of the invention, for An example of realization.

La Figura 2 muestra el convertidor MMC de la Figura 1 cuando el sistema de control se complementa con un algoritmo de forzado de actualización de medidas. Figure 2 shows the MMC converter of Figure 1 when the control system is complemented by a forced measurement update algorithm.

La Figura 3 muestra un diagrama de flujo del método de medida propuesto por el tercer aspecto de la invención, o método de estimación y actualización de las 10 tensiones de condensador, para un ejemplo de realización. El algoritmo correspondiente a este diagrama de flujo se realiza de forma independiente para cada SM. Por motivos de generalización se usan los subíndices j y n, que indican respectivamente la semi-fase superior (s) e inferior (i) y el número de SM. Figure 3 shows a flow chart of the measurement method proposed by the third aspect of the invention, or method of estimating and updating the capacitor voltages, for an exemplary embodiment. The algorithm corresponding to this flowchart is performed independently for each SM. For generalization reasons the subscripts j and n are used, which indicate respectively the upper (s) and lower (i) half-phase and the number of SM.

La Figura 4 muestra el diagrama de flujo de la Figura 3 complementado por un 15 algoritmo de forzado de actualización. Figure 4 shows the flow chart of Figure 3 complemented by an update force algorithm.

La Figura 5 muestra el esquema de un SM del convertidor MMC, donde se especifica la salida del mismo (indicada como OSM), donde los medios de conmutación SW están formados por una estructura de semi-puente. Figure 5 shows the scheme of an SM of the MMC converter, where the output thereof (indicated as OSM) is specified, where the switching means SW are formed by a semi-bridge structure.

La Figura 6 muestra con detalle un convertidor MMC monofásico con cuatro 20 SMs por semi-fase (N=4) con sensores independientes ubicados en los bornes de cada condensador. Esta figura representa la técnica utilizada en el estado de la técnica anterior para medir las tensiones de los diferentes SM. Figure 6 shows in detail a single-phase MMC converter with four 20 SMs per semi-phase (N = 4) with independent sensors located at the terminals of each capacitor. This figure represents the technique used in the prior art to measure the tensions of the different SMs.

La Figura 7 muestra con detalle un ejemplo de realización del convertidor MMC del segundo aspecto de la invención, cuando éste es un convertidor MMC monofásico 25 con N=4 e incorpora el sistema medida propuesto por el primer aspecto de la invención, para un ejemplo de realización para el que éste incluye una posible distribución de dos sensores de tensión por semi-fase. Figure 7 shows in detail an embodiment of the MMC converter of the second aspect of the invention, when this is a single phase MMC converter 25 with N = 4 and incorporates the measured system proposed by the first aspect of the invention, for an example of embodiment for which this includes a possible distribution of two voltage sensors per semi-phase.

La Figura 8 muestra el ejemplo de una situación apta para medir las tensiones de los condensadores mediante la estrategia propuesta y utilizando dos sensores por semi-30 fase. Con línea continua se muestran los SMs activados, los cuáles conectan los condensadores en serie a la semi-fase, y con línea discontinua se muestran los SMs desactivados, los cuáles actúan como cortocircuitos. Figure 8 shows the example of a situation suitable for measuring the capacitor voltages by means of the proposed strategy and using two sensors per semi-30 phase. With the solid line, the activated SMs are shown, which connect the capacitors in series to the semi-phase, and with the broken line the deactivated SMs are shown, which act as short circuits.

La Figura 9 muestra un ejemplo de convertidor MMC trifásico, según el segundo aspecto de la invención (fases a, b y c), con el sistema de medida del primer aspecto que comprende dos sensores de tensión por semi-fase. Figure 9 shows an example of a three-phase MMC converter, according to the second aspect of the invention (phases a, b and c), with the measurement system of the first aspect comprising two semi-phase voltage sensors.

La Figura 10 muestra una variación de la topología de medida, usando tres sensores por semi-fase. Aunque el ejemplo se realiza con tres sensores, el sistema de 5 medida es expandible a cualquier número de sensores hasta un máximo de N por semi-fase (usando un sensor por cada SM). Figure 10 shows a variation of the measurement topology, using three sensors per semi-phase. Although the example is performed with three sensors, the measurement system is expandable to any number of sensors up to a maximum of N per semi-phase (using one sensor per SM).

La Figura 11 muestra un ejemplo de realización del sistema de medida del primer aspecto de la invención, para el cual éste tiene una topología mejorada con redundancia, en la cual un tercer sensor mide toda la tensión de semi-fase. 10 Figure 11 shows an exemplary embodiment of the measuring system of the first aspect of the invention, for which it has an improved topology with redundancy, in which a third sensor measures all the semi-phase voltage. 10

La Figura 12 muestra la topología de la Figura 11 con incremento de redundancia, usando sensores en paralelo. Figure 12 shows the topology of Figure 11 with increased redundancy, using sensors in parallel.

La Figura 13 muestra un ejemplo de aplicación del sistema de medida, usándolo como sistema redundante cuándo ya se mide la tensión del condensador de cada SM de forma individual. 15 Figure 13 shows an example of the application of the measurement system, using it as a redundant system when the capacitor voltage of each SM is already measured individually. fifteen

La Figura 14 muestra los resultados de simulación de las tensiones en los condensadores cuando se usa el sistema de medida propuesto por la presente invención (a) y (b), para la topología ilustrada en la Figura 1 (tanto por lo que se refiere al convertidor MMC como al sistema de medida), y cuando se usa un sensor individual para cada SM (c) y (d), para la misma topología de convertidor MMC. 20 Figure 14 shows the simulation results of the voltages in the capacitors when the measurement system proposed by the present invention (a) and (b) is used, for the topology illustrated in Figure 1 (both as regards the MMC converter as to the measurement system), and when an individual sensor is used for each SM (c) and (d), for the same MMC converter topology. twenty

La Figura 15 muestra los resultados experimentales de las tensiones en los condensadores cuando se usa el sistema de medida propuesto por la presente invención (a) y (b), para la topología ilustrada en la Figura 1, y cuando se usa un sensor individual para cada SM (c) y (d), para la misma topología de convertidor MMC. Figure 15 shows the experimental results of the capacitor voltages when the measurement system proposed by the present invention (a) and (b) is used, for the topology illustrated in Figure 1, and when an individual sensor is used for each SM (c) and (d), for the same MMC converter topology.

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Descripción detallada de unos ejemplos de realización Detailed description of some embodiments

En el presente apartado se describirán diversos ejemplos de realización de los diferentes aspectos de la presente invención, para la medida de la tensión en las disposiciones capacitivas de los sub-módulos de un convertidor MMC, simplificando la 30 descripción para el caso de que cada una de tales disposiciones capacitivas incluya un único condensador, aunque obviamente, tal y como se ha reivindicado y también descrito en un apartado anterior, la medida de tensión se realiza de igual modo sobre disposiciones capacitivas que incluyan más de un condensador In this section various examples of realization of the different aspects of the present invention will be described, for measuring the voltage in the capacitive arrangements of the sub-modules of an MMC converter, simplifying the description for the case where each of such capacitive arrangements include a single capacitor, although obviously, as claimed and also described in a previous section, the voltage measurement is performed equally on capacitive arrangements that include more than one capacitor

Tal y como se ha indicado en el apartado de estado de la técnica anterior, es conocido que para obtener un correcto funcionamiento del convertidor MMC convencional, se requiere el uso de un control de equilibrado de las tensiones de los condensadores de los SMs. Una vez el modulador ha definido la cantidad de SMs que se deben activar en cada semi-fase, el control de equilibrado selecciona los SMs más 5 adecuados con el objetivo de mantener todas las tensiones de los condensadores lo más próximas posibles. Este control se basa normalmente en ordenar todas las tensiones de los condensadores de cada semi-fase por orden ascendente o descendente para poder seleccionar la activación de los SMs con las tensiones más apropiadas. Si la corriente en la semi-fase es negativa (descarga los condensadores) hay que activar los SMs con las 10 tensiones más elevadas. En cambio, si la corriente es positiva (carga los condensadores) hay que activar los SMs con las tensiones más reducidas. Esta técnica de equilibrado, igual que otras técnicas alternativas, requiere conocer en cada ciclo de conmutación todas las tensiones en los condensadores. En aplicaciones con un alto número de SMs, la medida de estas tensiones comporta un elevado coste. Esto es debido al gran número 15 de sensores requeridos, con su respectivo cableado en un entorno hostil (ruido electromagnético), y la necesidad de un elevado número de puertos de entrada en el sistema de control. As indicated in the prior art section of the prior art, it is known that in order to obtain a proper operation of the conventional MMC converter, the use of a balance control of the capacitor voltages of the SMs is required. Once the modulator has defined the amount of SMs that must be activated in each semi-phase, the balance control selects the most appropriate SMs in order to keep all the capacitor voltages as close as possible. This control is normally based on ordering all the capacitor voltages of each semi-phase in ascending or descending order in order to select the activation of the SMs with the most appropriate voltages. If the current in the semi-phase is negative (discharge the capacitors), the SMs with the highest 10 voltages must be activated. On the other hand, if the current is positive (charges the capacitors), the SMs must be activated with the lowest voltages. This balancing technique, like other alternative techniques, requires knowing in each switching cycle all the voltages in the capacitors. In applications with a high number of SMs, the measurement of these voltages entails a high cost. This is due to the large number of sensors required, with their respective wiring in a hostile environment (electromagnetic noise), and the need for a large number of input ports in the control system.

La presente invención propone un sistema/método para medir las tensiones de los condensadores sin necesidad de usar un sensor independiente ubicado entre los 20 bornes de cada condensador. El sistema se basa en dividir las semi-fases del convertidor en bloques, ubicando los sensores en la salida de cada SM o entre la salida de varios de ellos, y de este modo medir la tensión que aporta cada bloque a la rama, es decir, la suma de las tensiones de salida de todos los SMs del bloque. Preferentemente la tensión del bloque de medida se adquirirá cuando sólo uno de sus SMs está activado, de forma 25 que la tensión medida por el sensor es aproximadamente igual a la tensión de la disposición capacitiva (en general formada por un condensador) del SM activado. La diferencia entre la tensión medida y la real corresponde fundamentalmente a las caídas de tensión en el SM activado y en los demás SMs desactivados, valor que se puede considerar despreciable o bien calcularse fácilmente. 30 The present invention proposes a system / method to measure the capacitor voltages without using an independent sensor located between the 20 terminals of each capacitor. The system is based on dividing the semi-phases of the converter into blocks, placing the sensors at the output of each SM or between the output of several of them, and thus measuring the voltage that each block brings to the branch, that is , the sum of the output voltages of all the SMs in the block. Preferably, the voltage of the measuring block will be acquired when only one of its SMs is activated, so that the voltage measured by the sensor is approximately equal to the voltage of the capacitive arrangement (generally formed by a capacitor) of the activated SM. The difference between the measured and the actual voltage corresponds mainly to the voltage drops in the activated SM and in the other deactivated SMs, a value that can be considered negligible or easily calculated. 30

El sistema y método de medida propuesto se complementa, para un ejemplo de realización, con un sistema/método de estimación de tensión en los condensadores de los sub-módulos (o en general en las disposiciones capacitivas). Conociendo el ciclo de trabajo y la corriente que circula por cada semi-fase, los valores de las tensiones en los The proposed measurement system and method is complemented, for an exemplary embodiment, with a voltage estimation system / method in the capacitors of the sub-modules (or in general in the capacitive arrangements). Knowing the duty cycle and the current flowing through each semi-phase, the values of the voltages in the

condensadores se estiman mediante ecuaciones matemáticas que relacionan tensiones y corrientes en los condensadores, las cuales incluyen funciones integrales. Las tensiones estimadas se actualizan cada vez que se produce una medida real en el SM correspondiente. De esta forma, el error acumulado por el estimador se corrige periódicamente cada pocos ciclos de conmutación. 5 Capacitors are estimated by mathematical equations that relate voltages and currents in capacitors, which include integral functions. The estimated voltages are updated every time a real measurement is produced in the corresponding SM. In this way, the error accumulated by the estimator is corrected periodically every few switching cycles. 5

El sistema/método de la presente invención se puede aplicar usando sólo un sensor por cada semi-fase, pero entonces, su rango de aplicación se ve limitado, pues sólo se podría medir la tensión cuando un sólo SM en toda la semi-fase estuviera activado, situación que no se produce operando con índices de modulación bajos. The system / method of the present invention can be applied using only one sensor for each semi-phase, but then, its application range is limited, since the voltage could only be measured when only one SM in the entire semi-phase was activated, a situation that is not produced by operating with low modulation rates.

Por este motivo, se presenta como opción mejorada utilizar dos sensores por 10 semi-fase, cada uno de los cuales mediría la tensión aportada por la mitad de SMs de la rama. Para poder realizar medidas en esta configuración, debe haber activados en la semi-fase como máximo la mitad más uno (N/2+1) de SMs. Estos pueden aparecer de forma que en un bloque de medida (mitad de la semi-fase) aparezca sólo un SM activado, el cuál puede ser medido, y los SMs restantes se activen en la otra mitad de la 15 semi-fase. Esta situación se produce para cualquier índice de modulación. For this reason, it is presented as an improved option to use two sensors per 10 semi-phase, each of which would measure the voltage contributed by half of SMs of the branch. In order to perform measurements in this configuration, a maximum of half plus one (N / 2 + 1) of SMs must be activated in the semi-phase. These may appear so that in one measuring block (half of the semi-phase) only one activated SM appears, which can be measured, and the remaining SMs are activated in the other half of the semi-phase. This situation occurs for any modulation index.

Aunque la configuración ideal consiste en dos sensores, el número se puede ampliar para así aumentar la fiabilidad y precisión en la medida de la tensión de cada condensador. Al aumentar el número de sensores se incrementa la probabilidad de que haya un sólo SM activo por sensor, y por tanto, aumenta la frecuencia de medida y 20 actualización de los estimadores. Although the ideal configuration consists of two sensors, the number can be expanded in order to increase the reliability and accuracy in the measurement of the voltage of each capacitor. Increasing the number of sensors increases the probability that there is only one active SM per sensor, and therefore, increases the measurement frequency and updating of the estimators.

Para un ejemplo de realización, el sistema/método de la presente invención no fuerza la actualización de la medida de tensiones en los condensadores, sino que aprovecha las ocasiones favorables que aparecen. Con intención de asegurar una actualización periódica de las medidas de tensión, para otro ejemplo de realización, el 25 sistema/método de medida de la presente invención se complementa con un algoritmo de forzado de actualización. Si después de un tiempo preventivo no se han actualizado las tensiones de todos los SMs de forma natural, este algoritmo modifica la prioridad de actualización de los SMs para facilitar su activación en solitario y permitir que su tensión pueda ser medida. 30 For an exemplary embodiment, the system / method of the present invention does not force the updating of the voltage measurement in the capacitors, but takes advantage of the favorable occasions that appear. In order to ensure a periodic update of the voltage measurements, for another embodiment, the measurement system / method of the present invention is complemented by an update force algorithm. If after a preventive time the voltages of all SMs have not been updated naturally, this algorithm modifies the update priority of the SMs to facilitate their activation alone and allow their voltage to be measured. 30

En la Figura 1 se muestra tanto al sistema de medida propuesto por el primer aspecto de la invención, como al convertidor del segundo aspecto que lo incluye, para un ejemplo de realización para el que los anteriormente referidos como medios de procesamiento comprenden un bloque estimador (1) (o bloque de actualización y Figure 1 shows both the measurement system proposed by the first aspect of the invention, and the converter of the second aspect that includes it, for an embodiment for which the aforementioned as processing means comprise an estimating block ( 1) (or update block and

estimador de tensiones) que calcula las tensiones de los condensadores y actualiza el valor estimado cada vez que hay un valor disponible en los sensores de medida de tensión (8), que en este caso comprenden dos sensores (9), SENs1 y SENs2, en la semi-fase superior y dos sensores (10), SENi1 y SENi2, en la semi-fase inferior del convertidor monofásico (11). Esta estimación se realiza, para el ejemplo ilustrado, a 5 partir de la corriente de rama, medida por los sensores de corriente SENC1 y SENC2 (7) y del estado de conmutación (ss(n) o si(n)) de cada SM (4). Las tensiones estimadas (2) se envían al control de equilibrado (3), el cual decidirá qué SMs concretos se deben activar, cumpliendo con el número de SMs (6) definido por el modulador (5). voltage estimator) that calculates the capacitor voltages and updates the estimated value each time there is a value available in the voltage measurement sensors (8), which in this case comprise two sensors (9), SENs1 and SENs2, in the upper semi-phase and two sensors (10), SENi1 and SENi2, in the lower semi-phase of the single-phase converter (11). This estimate is made, for the illustrated example, from the branch current, measured by the current sensors SENC1 and SENC2 (7) and the switching state (ss (n) or if (n)) of each SM (4). The estimated voltages (2) are sent to the balancing control (3), which will decide which specific SMs must be activated, complying with the number of SMs (6) defined by the modulator (5).

El diagrama de flujo seguido por el bloque estimador (1) de forma repetitiva 10 para cada SM se muestra en la Figura 3, según un ejemplo de realización del método propuesto por el tercer aspecto de la invención. Al inicio de cada ciclo de programa, en A1, se miden las tensiones y corrientes del sistema. En la casilla A2 se comprueba si solamente hay un SM activado en el bloque de medida correspondiente. En caso de que sea así y de que éste sea el de interés, es decir el que incluye al condensador cuya 15 tensión desea medirse, lo cual se comprueba en la casilla A4, este SM actualizará el valor de su estimador con el valor medido por el sensor, como se indica en la casilla A5. En cambio, para los SMs que no estén activados o si hay más de un SM activado en el bloque, la tensión del condensador se estimará a partir de la corriente de la semi-fase y del estado del SM (4) (activado o desactivado), tal y como se indica en la casilla A3. 20 Finalmente, los valores estimados y los de medidas reales se envían al control equilibrado, según se indica en la casilla A6. The flow chart followed by the estimating block (1) in a repetitive manner 10 for each SM is shown in Figure 3, according to an example of embodiment of the method proposed by the third aspect of the invention. At the beginning of each program cycle, in A1, the system voltages and currents are measured. In box A2 it is checked if there is only one SM activated in the corresponding measurement block. If this is the case and if this is the one of interest, that is, the one that includes the capacitor whose voltage you want to measure, which is checked in box A4, this SM will update the value of its estimator with the value measured by the sensor, as indicated in box A5. In contrast, for SMs that are not activated or if there is more than one SM activated in the block, the capacitor voltage will be estimated from the semi-phase current and the state of the SM (4) (on or off ), as indicated in box A3. 20 Finally, the estimated values and the actual measurements are sent to the balanced control, as indicated in box A6.

En la Figura 2 se muestra tanto al sistema de medida propuesto por el primer aspecto de la invención, como al convertidor del segundo aspecto que lo incluye, para un ejemplo de realización para el que los medios de procesamiento comprenden, 25 además del bloque estimador (1), un bloque de activación forzada, referido como “Algoritmo de forzado” (14), que complementa la estrategia de medida. El diagrama de bloques ilustrado es como el de la figura 1 pero modificado por la inclusión del bloque del algoritmo de forzado (14) entre la salida (2) del bloque (1) y una entrada del bloque de control de equilibrado (3). Este algoritmo actúa cuando el tiempo que un SM lleva 30 sin actualizarse en el estimador excede el límite permitido, indicado mediante la señal (13) de un contador de ciclos. Entonces, el algoritmo de forzado (14) modifica las tensiones de entrada al control de equilibrado (15) para así modificar la prioridad de activación del SM y forzar la actualización de medida de tensión de su condensador. Figure 2 shows both the measurement system proposed by the first aspect of the invention, and the converter of the second aspect that includes it, for an example of embodiment for which the processing means comprise, in addition to the estimating block ( 1), a forced activation block, referred to as "Force algorithm" (14), which complements the measurement strategy. The block diagram illustrated is like the one in Figure 1 but modified by the inclusion of the forcing algorithm block (14) between the output (2) of the block (1) and an input of the balancing control block (3). This algorithm acts when the time that an SM has been 30 without updating in the estimator exceeds the allowed limit, indicated by the signal (13) of a cycle counter. Then, the forcing algorithm (14) modifies the input voltages to the balancing control (15) in order to modify the activation priority of the SM and force the voltage measurement update of its capacitor.

El diagrama de flujo de la estrategia complementada por el algoritmo de forzado de tensión se muestra en la Figura 4. Las casillas A1 a A6 son equivalentes a las del diagrama de la Figura 3. A diferencia del diagrama de la Figura 3, después de realizar la estimación la tensión porque no se dispone de la medida real se incrementa el valor de un contador (13), según se indica en la casilla F1. Cuando este contador supere el límite 5 fijado, según se comprueba en la casilla F2, se iniciará el proceso de forzado de tensión, a condición de que se obtenga una respuesta afirmativa a las cuestiones planteadas en las disyuntivas de las casillas F3 y F4. Este forzado sólo se realizará en el semiperíodo adecuado (positivo para la semi-fase superior y negativo para la semi-fase inferior), según se indica en la casilla F3, es decir cuando hay menos de la mitad de SMs 10 activados, y por tanto, hay posibilidad de realizar actualizaciones. Además, el forzado sólo se realiza para un SM a la vez, aplicándolo al SM con un valor de contador mayor, es decir, que lleva más tiempo sin actualizarse, lo cual se comprueba en F4. Si se cumplen todas las condiciones, se modificaran/falsificarán las tensiones estimadas de los condensadores (15), en F5, a enviar (en F6) al control de equilibrado, aumentando 15 de este modo la prioridad del SM que se quiere medir y disminuyendo la de los demás SMs del bloque, facilitando así que éste se active en solitario, ya que el bloque de control de equilibrado interpretará, a partir de tales tensiones modificadas, que debe activar el SM de mayor prioridad. Una vez se realice la medida real, el contador se reiniciará, tal y como indica la casilla F6. Tanto los valores modificados como los de 20 medidas reales se envían al control de equilibrado, según se indica en la casilla A6. The flow chart of the strategy complemented by the strain-force algorithm is shown in Figure 4. Boxes A1 to A6 are equivalent to those in the diagram in Figure 3. Unlike the diagram in Figure 3, after performing The estimation of the voltage because the actual measurement is not available increases the value of a counter (13), as indicated in box F1. When this meter exceeds the limit set 5, as shown in box F2, the process of stress forcing will begin, provided that an affirmative answer to the questions raised in the circuit breakers of boxes F3 and F4 is obtained. This forcing will only be carried out in the appropriate semi-period (positive for the upper semi-phase and negative for the lower semi-phase), as indicated in box F3, that is when there are less than half of activated SMs 10, and for Therefore, there is the possibility of updating. In addition, the forcing is only performed for one SM at a time, applying it to the SM with a higher counter value, that is, it takes longer without updating, which is checked in F4. If all conditions are met, the estimated voltages of the capacitors (15), in F5, to be sent (in F6) to the balance control will be modified / falsified, thereby increasing the priority of the SM to be measured and decreasing 15 that of the other SMs of the block, thus facilitating it to be activated alone, since the balancing control block will interpret, from such modified voltages, that the higher priority SM must be activated. Once the actual measurement is made, the counter will restart, as indicated in box F6. Both the modified values and those of 20 real measurements are sent to the balancing control, as indicated in box A6.

El convertidor MMC monofásico mostrado en las Figuras 1 y 2 (11) junto con el sistema de medida propuesto por el primer aspecto de la presente invención, conforma el convertidor propuesto por segundo aspecto, y se muestra detallado en la Figura 7, para un ejemplo de realización. En esta Figura se puede apreciar la distribución de los 25 sensores de tensión usando la estrategia propuesta: dos sensores (9), SENs1 y SENs2, en la semi-fase superior y dos sensores (10), SENi1 y SENi2, en la semi-fase inferior. A diferencia de los sistemas con un sensor independiente por cada SM (SENSMs(n) o SENSMi(n)) como el mostrado en la Figura 6, en el método propuesto cada uno de los sensores mide la tensión proporcionada por más de un SM. 30 The single-phase MMC converter shown in Figures 1 and 2 (11) together with the measurement system proposed by the first aspect of the present invention, forms the converter proposed by the second aspect, and is shown in detail in Figure 7, for an example of realization. This Figure shows the distribution of the 25 voltage sensors using the proposed strategy: two sensors (9), SENs1 and SENs2, in the upper semi-phase and two sensors (10), SENi1 and SENi2, in the semi- lower phase Unlike systems with an independent sensor for each SM (SENSMs (n) or SENSMi (n)) as shown in Figure 6, in the proposed method each of the sensors measures the voltage provided by more than one SM. 30

En la Figura 10 se muestra una variación de la topología de medida, con la siguiente distribución de los sensores de tensión: tres sensores, SENs1, SENs2, SENs3, en la semi-fase superior y tres sensores, SENi1, SENi2, SENi3, en la semi-fase inferior, cada uno de los cuales dispuesto entre los terminales extremos de respectivas disposiciones A variation of the measurement topology is shown in Figure 10, with the following distribution of the voltage sensors: three sensors, SENs1, SENs2, SENs3, in the upper semi-phase and three sensors, SENi1, SENi2, SENi3, in the lower semi-phase, each of which disposed between the end terminals of respective arrangements

en serie de SMs: SMs s(1) a s(N/3), s(N/3+1) a s(2N/3), s(2N/3+1) a s(N) para la semi-fase superior y SMs i(1) a i(N/3), i(N/3+1) a i(2N/3), i(2N/3+1) a i(N) para la semi-fase inferior. in series of SMs: SMs s (1) as (N / 3), s (N / 3 + 1) as (2N / 3), s (2N / 3 + 1) as (N) for the upper semi-phase and SMs i (1) ai (N / 3), i (N / 3 + 1) ai (2N / 3), i (2N / 3 + 1) ai (N) for the lower semi-phase.

Aunque en la Figura 7 y en el resto de figuras que ilustran el interior de cada SM, se ha representado un esquema de un SM del convertidor MMC con topología de 5 semi-puente, ilustrado en detalle en la Figura 5, la presente invención es también aplicable para otra clase de topologías, en particular para una topología de puente completo. Although in Figure 7 and the rest of the figures illustrating the interior of each SM, a schematic of an SM of the MMC converter with a semi-bridge topology 5, illustrated in detail in Figure 5, is shown, the present invention is also applicable for another class of topologies, in particular for a complete bridge topology.

Como se ha indicado anteriormente, con el objetivo de mejorar la fiabilidad del sistema de medida propuesto, éste se puede complementar con sensores redundantes, tal 10 como se ilustra en las Figuras 11 y 12. Añadiendo un sensor para medir la tensión de toda la semi-fase, se podría detectar un fallo en uno de los otros sensores y sustituirlo. Además, se pueden añadir sensores en paralelo a cada uno de ellos para detectar el fallo de más de un sensor. As indicated above, in order to improve the reliability of the proposed measurement system, it can be complemented with redundant sensors, as illustrated in Figures 11 and 12. Adding a sensor to measure the voltage of the entire semi - Phase, it could detect a fault in one of the other sensors and replace it. In addition, sensors can be added in parallel to each of them to detect the failure of more than one sensor.

En la topología del sistema redundante mostrado en la Figura 11, los bloques de 15 medida principales (9, 10) se complementan con bloques para la medida de las tensiones totales de las semi-fases superior (16) e inferior (17), cada uno de ellos formado, en este caso, por un sensor de tensión (SENsTOTAL, SENiTOTAL). In the topology of the redundant system shown in Figure 11, the main measurement blocks (9, 10) are complemented with blocks for measuring the total tensions of the upper (16) and lower (17) semi-phases, each one of them formed, in this case, by a voltage sensor (SENsTOTAL, SENiTOTAL).

En la Figura 12 se muestra la topología de la Figura 11 con incremento de redundancia, usando sensores en paralelo (SENs1-R, SENs2-R, SENi1-R, SENi2-R, 20 SENsTOTAL-R, SENiTOTAL-R), tanto a los sensores principales (SENs(n), SENi(n)) como a los sensores de semi-fase (SENsTOTAL, SENiTOTAL). Figure 12 shows the topology of Figure 11 with increased redundancy, using sensors in parallel (SENs1-R, SENs2-R, SENi1-R, SENi2-R, 20 SENsTOTAL-R, SENiTOTAL-R), both at the main sensors (SENs (n), SENi (n)) and the semi-phase sensors (SENsTOTAL, SENiTOTAL).

Aunque el sistema de medida propuesto por el primer aspecto de la presente invención tiene como aplicación principal la de sustituir al sistema de medida convencional basado en la inclusión de un sensor de tensión por SM, también puede 25 utilizarse de manera complementaria, es decir, como se ilustra en la Figura 13, usándolo como sistema redundante cuándo ya se mide la tensión del condensador de cada SM de forma individual. Although the measurement system proposed by the first aspect of the present invention has as its main application that of replacing the conventional measurement system based on the inclusion of a voltage sensor by SM, it can also be used in a complementary manner, that is, as It is illustrated in Figure 13, using it as a redundant system when the capacitor voltage of each SM is already measured individually.

30  30

Enumeración de los elementos representados en las Figuras: Enumeration of the elements represented in the Figures:

(1) Estimador de tensiones y sistema de actualización de las estimaciones a partir de las medidas realizadas. (1) Stress estimator and system for updating estimates based on the measurements taken.

(2) Tensiones estimadas. (2) Estimated tensions.

(3) Control de equilibrado de tensiones.  (3) Voltage balance control.

(4) Señales de activación de los SMs. (4) Activation signals of the SMs.

(5) Modulador. (5) Modulator.

(6) Número de SMs que se desea activar. (6) Number of SMs to be activated.

(7) Sensores de corriente de semi-fase. 5 (7) Semi-phase current sensors. 5

(8) Sensores de tensión para el método de medida propuesta. (8) Voltage sensors for the proposed measurement method.

(9) Bloques de medida de la semi-fase superior. (9) Measurement blocks of the upper semi-phase.

(10) Bloques de medida de la semi-fase inferior. (10) Measurement blocks of the lower semi-phase.

(11) Convertidor MMC monofásico sin el sistema de medida. (11) Single phase MMC converter without measuring system.

(12) Carga monofásica o red eléctrica. 10 (12) Single phase load or electrical network. 10

(13) Número de ciclos de conmutación sin actualizarse de cada tensión estimada. (13) Number of switching cycles without updating of each estimated voltage.

(14) Algoritmo de forzado de actualización. (14) Update force algorithm.

(15) Tensiones estimadas modificadas por el algoritmo de forzado. (15) Estimated stresses modified by the forcing algorithm.

(16) Bloque de medida de la tensión total de la semi-fase superior en sistema redundante. 15 (16) Block for measuring the total voltage of the upper semi-phase in a redundant system. fifteen

(17) Bloque de medida de la tensión total de la semi-fase inferior en sistema redundante. (17) Block for measuring the total voltage of the lower semi-phase in a redundant system.

Ejemplo de aplicación del sistema de medida propuesto: Example of application of the proposed measurement system:

Se presenta a título de ejemplo una aplicación particular del sistema de medida de la presente invención, en el convertidor MMC representado en la Figura 1. En este 20 caso, los datos del convertidor son los siguientes: número de SMs por semi-fase N=10, tensión del bus de continua Vdc=750V, capacidad de los condensadores de los SMs C=1500 µF, inductancia de la bobina de semi-fase L=1,5 mH, valor eficaz de la corriente de salida Io=10A con un desfase de φ=30º y frecuencia de señal portadora fs=5 kHz. 25 An example of a particular application of the measurement system of the present invention is presented by way of example in the MMC converter shown in Figure 1. In this case, the converter data are as follows: number of SMs per semi-phase N = 10, DC bus voltage Vdc = 750V, capacitor capacity of SMs C = 1500 µF, semi-phase coil inductance L = 1.5 mH, effective value of output current Io = 10A with a lag of φ = 30º and carrier signal frequency fs = 5 kHz. 25

En esta aplicación particular se dispone de 10 SMs por semi-fase y dos sensores de tensión por semi-fase (SENs1 y SENs2 en la semi-fase superior, SENi1 y SENi2 en la semi-fase inferior), de forma que cada uno de ellos medirá la tensión de 5 SMs conectados en serie. La medida de cada uno de los sensores se considerará válida cuando sólo un SM del bloque de medida correspondiente esté activado. Esta medida se 30 transmitirá al bloque de estimación de tensiones (1), el cual corregirá su estimación con el valor real medido. In this particular application, 10 SMs are available per semi-phase and two voltage sensors per semi-phase (SENs1 and SENs2 in the upper semi-phase, SENi1 and SENi2 in the lower semi-phase), so that each of they will measure the voltage of 5 SMs connected in series. The measurement of each of the sensors will be considered valid when only one SM of the corresponding measurement block is activated. This measurement will be transmitted to the stress estimation block (1), which will correct its estimate with the actual measured value.

La estimación se realiza en cada ciclo de conmutación a partir de los valores de la corriente de las semi-fases superior (SENCs) e inferior (SENCi) y de los ciclos de The estimation is made in each switching cycle based on the values of the current of the upper (SENCs) and lower (SENCi) semi-phases and of the cycles of

trabajo de los SMs. Las ecuaciones utilizadas para realizar esta estimación son las siguientes, donde C es la capacidad de los condensadores, los subíndices s(n) e i(n) indican el número de SMs de las semi-fases superior e inferior respectivamente, is e ii representan los corrientes de las semi-fases y s indica el estado del SM, valiendo 1 cuando está activado y 0 cuando está desactivado (ss(n), si(n) ={0,1}). 5 SMs work. The equations used to make this estimate are the following, where C is the capacitor capacity, the subscripts s (n) and i (n) indicate the number of SMs of the upper and lower semi-phases respectively, is and ii represent the Semi-phase currents and s indicates the status of the SM, being 1 when it is activated and 0 when it is deactivated (ss (n), if (n) = {0,1}). 5

Semi-fase superior  Upper semi-phase

Semi-fase inferior  Lower half phase

Cuando se usa un algoritmo de forzado de tensión (Figura 2), en caso que la actualización de tensión de un SM se demore más de lo deseado (pudiendo acumular un mayor error en la estimación), el algoritmo de forzado entrará en funcionamiento. Este 10 bloque modifica el valor de tensión que se envía al bloque de equilibrado de tensiones, reduciendo el valor del SM que se quiere actualizar (o incrementándolo si la corriente es negativa), con el objetivo de facilitar su activación, e incrementado el valor de los demás SMs del conjunto medido por el mismo sensor (reduciéndolo si la corriente es negativa) facilitando su desactivación. De esta forma, cuando el número total de SMs 15 activados lo permita, el SM que se desea actualizar será el único activado en el bloque de medida. When a strain forcing algorithm is used (Figure 2), in case the voltage update of an SM is delayed longer than desired (with the possibility of accumulating a greater error in the estimate), the forcing algorithm will be operational. This block modifies the voltage value that is sent to the voltage balance block, reducing the value of the SM that is to be updated (or increasing it if the current is negative), in order to facilitate its activation, and increasing the value of the other SMs of the set measured by the same sensor (reducing it if the current is negative) facilitating its deactivation. In this way, when the total number of activated SMs 15 allows it, the SM to be updated will be the only one activated in the measurement block.

En caso de utilizar una variación de la topología con un sensor redundante, como la mostrada en la Figura 11, se debe incluir un bloque de comprobación de redundancia 20 antes del bloque de estimación. Este bloque de redundancia debe comprobar la coincidencia entre la suma en cada semi-fase de las medidas de los sensores principales SENs(n) o SENi(n) (dónde n indica el número de sensor) con la medida del sensor total de semi-fase SENsTOTAL o SENiTOTAL. En caso de no coincidir, mediante un sencillo algoritmo se detecta cual es el sensor erróneo y se inhabilita. La tensión del bloque 25 inhabilitado se puede calcular como la diferencia entre el sensor total de semi-fase y la suma de los demás sensores. Como se muestra en la Figura 12, tal y como se ha indicado anteriormente, la topología redundante se puede ampliar añadiendo sensores en paralelo, tanto a los sensores principales (SENs(n), SENi(n)) como a los sensores de semi-fase (SENsTOTAL, SENiTOTAL). 30 If a variation of the topology is used with a redundant sensor, such as that shown in Figure 11, a redundancy check block 20 must be included before the estimation block. This redundancy block must verify the coincidence between the sum in each semi-phase of the measurements of the main sensors SENs (n) or SENi (n) (where n indicates the sensor number) with the measurement of the semi-total sensor SENsTOTAL or SENiTOTAL phase. If it does not match, by means of a simple algorithm, the wrong sensor is detected and disabled. The voltage of the disabled block 25 can be calculated as the difference between the total semi-phase sensor and the sum of the other sensors. As shown in Figure 12, as indicated above, the redundant topology can be extended by adding sensors in parallel, both to the main sensors (SENs (n), SENi (n)) and to the semi-sensors. phase (SENsTOTAL, SENiTOTAL). 30

En las Figuras 14 (a) i 14 (b) se muestran los resultados de simulación de las tensiones en los condensadores de la semi-fase superior cuando se utiliza el sistema de medida propuesto con las condiciones de este ejemplo. Como se puede comprobar, su resultado es muy parecido al de las Figuras 14 (c) y 14 (d), donde se muestran los resultados de simulación de las tensiones en los condensadores en la semi-fase superior 5 cuando se usa un sensor de tensión individual para el condensador de cada SM. Figures 14 (a) and 14 (b) show the simulation results of the voltages in the capacitors of the upper semi-phase when the proposed measurement system is used with the conditions of this example. As can be seen, its result is very similar to that of Figures 14 (c) and 14 (d), where the simulation results of the voltages in the capacitors in the upper semi-phase 5 are shown when a sensor is used. individual voltage for the capacitor of each SM.

En la Figura 15 se muestran los resultados experimentales comparando el sistema/método de medida propuesto y el sistema/método de medida convencional. Los datos del convertidor usado para los resultados experimentales son los siguientes: número de SMs por semi-fase N=4, tensión del bus de continua Vdc=160V, capacidad de 10 los condensadores de los SMs C=1500 µF, inductancia de la bobina de semi-fase L=6mH, valor eficaz de la corriente de salida Io=3A con un desfase de φ=0º y frecuencia de señal portadora fs=2777 Hz. En las Figuras 15 (a) y 15 (b) se muestran los resultados experimentales de las tensiones en los condensadores de la semi-fase superior cuando se utiliza el sistema de medida propuesto. En las Figuras 15 (c) y (d) se muestran los 15 resultados experimentales de las tensiones en los condensadores en la semi-fase superior cuando se usa un sensor individual para cada SM. The experimental results are shown in Figure 15 comparing the proposed measurement system / method and the conventional measurement system / method. The converter data used for the experimental results are the following: number of SMs per semi-phase N = 4, DC bus voltage Vdc = 160V, capacity of 10 capacitors of SMs C = 1500 µF, coil inductance of semi-phase L = 6mH, effective value of the output current Io = 3A with a lag of φ = 0º and carrier signal frequency fs = 2777 Hz. Figures 15 (a) and 15 (b) show the experimental results of the voltages in the capacitors of the upper semi-phase when the proposed measurement system is used. Figures 15 (c) and (d) show the 15 experimental results of the capacitor voltages in the upper semi-phase when an individual sensor is used for each SM.

Un experto en la materia podría introducir cambios y modificaciones en los ejemplos de realización descritos sin salirse del alcance de la invención según está definido en las reivindicaciones adjuntas. 20 A person skilled in the art could introduce changes and modifications in the described embodiments without departing from the scope of the invention as defined in the appended claims. twenty

Claims (17)

REIVINDICACIONES 1.- Sistema de medida de las tensiones de las disposiciones capacitivas de los sub-módulos de un convertidor de potencia multinivel con almacenamiento distribuido de energía, donde dicho convertidor de potencia comprende al menos una fase formada por 5 dos semi-fases, cada una de las cuales comprende dos o más sub-módulos (SMs(1)…SMs(n); SMi(1)…SMi(n)) conectados en serie, y donde cada sub-módulo comprende una disposición capacitiva que comprende uno o más condensadores (C), dos terminales de salida (X1, X2) y unos medios de conmutación (SW) que conectan, de manera alternativa, a los dos terminales de salida (X1, X2) con los extremos de la 10 disposición de capacitiva, para un estado activado del sub-módulo, o los cortocircuitan entre sí, para un estado desactivado del sub-módulo, estando el sistema de medida caracterizado porque comprende: 1.- System for measuring the voltages of the capacitive arrangements of the sub-modules of a multilevel power converter with distributed energy storage, where said power converter comprises at least one phase formed by two two semi-phases, each of which it comprises two or more sub-modules (SMs (1)… SMs (n); SMi (1)… SMi (n)) connected in series, and where each sub-module comprises a capacitive arrangement comprising one or more capacitors (C), two output terminals (X1, X2) and switching means (SW) that alternately connect the two output terminals (X1, X2) with the ends of the capacitive arrangement, for an activated state of the sub-module, or short-circuited each other, for a deactivated state of the sub-module, the measuring system being characterized in that it comprises: - dos o más sensores de tensión (SENs1, SENs2; SENi1, SENi2), al menos uno por semi-fase, cada uno de los cuales está configurado para medir la tensión entre los 15 terminales extremos de una disposición en serie de dos o más sub-módulos (SMs(1)…SMs(n); SMi(1)…SMi(n)); y - two or more voltage sensors (SENs1, SENs2; SENi1, SENi2), at least one per semi-phase, each of which is configured to measure the voltage between the 15 end terminals of a series arrangement of two or more sub-modules (SMs (1)… SMs (n); SMi (1)… SMi (n)); Y - unos medios de procesamiento con unas entradas dispuestas para recibir los valores de tensión de las medidas efectuadas por dichos dos o más sensores de tensión (SENs1, SENs2; SENi1, SENi2), y configurados para, a partir de al menos información 20 recibida sobre el estado activado/desactivado de cada sub-módulo (SMs(1)…SMs(n); SMi(1)…SMi(n)): - processing means with inputs arranged to receive the voltage values of the measurements made by said two or more voltage sensors (SENs1, SENs2; SENi1, SENi2), and configured for, from at least 20 information received on the on / off status of each sub-module (SMs (1)… SMs (n); SMi (1)… SMi (n)): - determinar que la medida de tensión realizada por al menos uno de dichos dos o más sensores de tensión (SENs1, SENs2; SENi1, SENi2) se corresponde substancialmente con una medida real de tensión en la 25 disposición capacitiva de un sub-módulo activado de su respectiva disposición en serie de sub-módulos (SMs(1)…SMs(n); SMi(1)…SMi(n)); y estimar las tensiones en las disposiciones capacitivas de los sub-módulos desactivados; o - determining that the voltage measurement performed by at least one of said two or more voltage sensors (SENs1, SENs2; SENi1, SENi2) substantially corresponds to a real voltage measurement in the capacitive arrangement of an activated sub-module of their respective serial arrangement of sub-modules (SMs (1)… SMs (n); SMi (1)… SMi (n)); and estimate the tensions in the capacitive arrangements of the deactivated sub-modules; or - estimar las tensiones en las disposiciones capacitivas de los sub-módulos 30 desactivados y de los activados. - estimate the tensions in the capacitive arrangements of deactivated and activated sub-modules 30. 2.- Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de procesamiento están configurados para realizar dicha determinación de que la medida de 2. System according to claim 1, characterized in that the processing means are configured to make said determination that the measurement of tensión realizada por al menos uno de dichos dos o más sensores de tensión (SENs1, SENs2; SENi1, SENi2) se corresponde substancialmente con una medida real de tensión en la disposición capacitiva de un sub-módulo activado de su respectiva disposición en serie de sub-módulos (SMs(1)…SMs(n); SMi(1)…SMi(n)), si solamente dicho sub-módulo se encuentra activado. 5 voltage performed by at least one of said two or more voltage sensors (SENs1, SENs2; SENi1, SENi2) substantially corresponds to a real voltage measurement in the capacitive arrangement of an activated sub-module of its respective sub-series serial arrangement -modules (SMs (1)… SMs (n); SMi (1)… SMi (n)), if only said sub-module is activated. 5 3.- Sistema según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque comprende dos o más sensores de tensión (SENs1, SENs2; SENi1, SENi2) por semi-fase, cada uno de los cuales está configurado para medir la tensión entre los terminales extremos de una disposición en serie de dos o más sub-módulos (SMs(1)…SMs(n); SMi(1)…SMi(n)). 3. System according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises two or more voltage sensors (SENs1, SENs2; SENi1, SENi2) per semi-phase, each of which is configured to measure the voltage between the end terminals of a serial arrangement of two or more sub-modules (SMs (1)… SMs (n); SMi (1)… SMi (n)). 4.- Sistema según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque dichos medios 10 de procesamiento están configurados para registrar los valores de tensión medidos/estimados para cada disposición capacitiva y para actualizarlos cuando reciben una medida determinada como real para una disposición capacitiva, y porque los medios de procesamiento comprenden una salida (2) para enviar los valores de tensión medidos, estimados y actualizados a unos medios de control de equilibrado de las tensiones en las 15 disposiciones capacitivas (3). 4. System according to claim 1, 2 or 3, characterized in that said processing means 10 are configured to record the measured / estimated voltage values for each capacitive arrangement and to update them when they receive a determined measurement as real for a capacitive arrangement, and because the processing means comprise an output (2) to send the measured, estimated and updated voltage values to a means for controlling voltage balancing in the 15 capacitive arrangements (3). 5.- Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende al menos un sensor de corriente (SENC1, SENC2) por semi-fase configurado para medir la corriente que circula por su respectiva semi-fase, comprendiendo los medios de procesamiento una entrada para recibir los valores de 20 corriente medidos y estando configurados para llevar a cabo dicha estimación de las tensiones en las disposiciones capacitivas a partir de los valores de corriente recibidos, de los valores de capacidad de las disposiciones capacitivas y de información sobre el estado activado/desactivado del sub-módulo respectivo (SMs(1)…SMs(n); SMi(1)…SMi(n)). 5. System according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one current sensor (SENC1, SENC2) per semi-phase configured to measure the current flowing through its respective semi-phase, the processing means comprising a input to receive the measured 20 current values and being configured to carry out said estimation of the voltages in the capacitive arrangements from the received current values, the capacity values of the capacitive arrangements and information on the activated state / deactivated from the respective sub-module (SMs (1)… SMs (n); SMi (1)… SMi (n)). 6.- Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado 25 porque los medios de procesamiento comprenden unos contadores que cuentan el tiempo que llevan sin actualizarse las medidas de tensión para cada disposición capacitiva, y porque están configurados para, si el tiempo contado por al menos uno de dichos contadores es superior a un valor límite y superior al del resto de contadores, forzar la activación del sub-módulo asociado. 30 6. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the processing means comprise counters that count the time taken without updating the voltage measurements for each capacitive arrangement, and because they are configured to, if the time counted by At least one of these counters is greater than a limit value and higher than the rest of the counters, forcing the activation of the associated sub-module. 30 7.- Sistema según la reivindicación 6, caracterizado porque los medios de procesamiento están configurados para llevar a cabo dicha activación forzada variando 7. System according to claim 6, characterized in that the processing means are configured to carry out said forced activation by varying los valores de tensión enviados a dichos medios de control de equilibrado de las tensiones en las disposiciones capacitivas. the voltage values sent to said voltage balancing control means in the capacitive arrangements. 8.- Sistema según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque dichos medios de procesamiento comprenden unos medios de actualización y estimación de tensiones (1) y unos medios de activación forzada (14). 5 8. System according to claim 6 or 7, characterized in that said processing means comprise means for updating and estimating stresses (1) and means for forced activation (14). 5 9.- Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque es un sistema redundante que comprende unos sensores de tensión adicionales (SENsTOTAL; SENiTOTAL), cada uno de los cuales está configurado para medir la tensión de una respectiva semi-fase del convertidor, comprendiendo los medios de procesamiento unas entradas dispuestas para recibir información sobre los valores de tensión de las 10 medidas efectuadas por dichos sensores de tensión adicionales (SENsTOTAL; SENiTOTAL) y estando configurados para realizar una comprobación de redundancia comparando cada uno de dichos valores de tensión con la suma de los valores de tensión de cada semi-fase medidos por los sensores de tensión (SENs1, SENs2; SENi1, SENi2), y actuar en consecuencia en función del resultado de dicha comparación. 15 9. System according to any one of the preceding claims, characterized in that it is a redundant system comprising additional voltage sensors (SENsTOTAL; SENiTOTAL), each of which is configured to measure the voltage of a respective semi-phase of the converter , the processing means comprising inputs arranged to receive information on the voltage values of the 10 measurements made by said additional voltage sensors (SENsTOTAL; SENiTOTAL) and being configured to perform a redundancy check comparing each of said voltage values with the sum of the voltage values of each semi-phase measured by the voltage sensors (SENs1, SENs2; SENi1, SENi2), and act accordingly based on the result of said comparison. fifteen 10.- Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está aplicado a un convertidor trifásico, comprendiendo al menos un sensor de tensión (SENas1, SENas2, SENbs1, SENbs2, SENcs1, SENcs2; SENai1, SENai2, SENbi1, SENbi2, SENci1, SENci2), por cada una de las seis semi-fases del convertidor. 10. System according to any one of the preceding claims, characterized in that it is applied to a three-phase converter, comprising at least one voltage sensor (SENas1, SENas2, SENbs1, SENbs2, SENcs1, SENcs2; SENai1, SENai2, SENbi1, SENbi2, SENci1 , SENci2), for each of the six semi-phases of the converter. 11.- Convertidor de potencia multinivel con almacenamiento distribuido de 20 energía, donde dicho convertidor de potencia comprende al menos una fase formada por dos semi-fases, cada una de las cuales comprende dos o más sub-módulos (SMs(1)…SMs(n); SMi(1)…SMi(n)) conectados en serie, y donde cada sub-módulo comprende una disposición capacitiva que comprende uno o más condensadores (C), dos terminales de salida (X1, X2) y unos medios de conmutación (SW) que conectan, de 25 manera alternativa, a los dos terminales de salida (X1, X2) con los extremos de la disposición capacitiva, para un estado activado del sub-módulo, o los cortocircuitan entre sí, para un estado desactivado del sub-módulo, estando el convertidor caracterizado porque comprende el sistema de medida según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, con cada uno de dichos sensores de tensión (SENs1, SENs2; SENi1, SENi2) 30 conectado entre los terminales extremos de unas respectivas disposiciones en serie de dos o más sub-módulos (SMs(1)…SMs(n); SMi(1)…SMi(n)). 11.- Multilevel power converter with distributed energy storage, where said power converter comprises at least one phase formed by two semi-phases, each of which comprises two or more sub-modules (SMs (1)… SMs (n); SMi (1)… SMi (n)) connected in series, and where each sub-module comprises a capacitive arrangement comprising one or more capacitors (C), two output terminals (X1, X2) and means switching (SW) that connect, alternatively, to the two output terminals (X1, X2) with the ends of the capacitive arrangement, for an activated state of the sub-module, or short-circuit each other, for a state deactivated of the sub-module, the converter being characterized in that it comprises the measuring system according to any one of the preceding claims, with each of said voltage sensors (SENs1, SENs2; SENi1, SENi2) 30 connected between the end terminals of respective ones provisions in s erie of two or more sub-modules (SMs (1)… SMs (n); SMi (1) ... SMi (n)). 12.- Convertidor según la reivindicación 11, caracterizado porque comprende unos medios de modulación (5) que generan una señal de modulación, y unos medios de control de equilibrado (3) que reciben dicha señal de modulación, por una entrada (6), y los valores de tensión medidos, estimados y actualizados por parte de los medios de procesamiento, por otra entrada (2), y, en base a la señal y los valores recibidos y a un 5 criterio de equilibrado de las tensiones en las disposiciones capacitivas, genera y envía, por una respectiva salida (4), a los medios de conmutación (SW) de los sub-módulos (SMs(1)…SMs(n); SMi(1)…SMi(n)) y a los medios de procesamiento unas señales de activación/desactivación. 12. - Converter according to claim 11, characterized in that it comprises modulation means (5) that generate a modulation signal, and balancing control means (3) that receive said modulation signal, through an input (6), and the voltage values measured, estimated and updated by the processing means, by another input (2), and, based on the signal and the values received and a criteria for balancing the tensions in the capacitive arrangements, generates and sends, by a respective output (4), to the switching means (SW) of the sub-modules (SMs (1)… SMs (n); SMi (1)… SMi (n)) and to the processing some activation / deactivation signals. 13.- Método de medida de las tensiones de las disposiciones capacitivas de los 10 sub-módulos de un convertidor de potencia multinivel con almacenamiento distribuido de energía, donde dicho convertidor de potencia comprende al menos una fase formada por dos semi-fases, cada una de las cuales comprende dos o más sub-módulos (SMs(1)…SMs(n); SMi(1)…SMi(n)) conectados en serie, y donde cada sub-módulo comprende una disposición capacitiva que comprende uno o más condensadores (C), dos 15 terminales de salida (X1, X2) y unos medios de conmutación (SW) que conectan, de manera alternativa, a los dos terminales de salida (X1, X2) con los extremos de la disposición capacitiva, para un estado activado del sub-módulo, o los cortocircuitan entre sí, para un estado desactivado del sub-módulo, estando el método de medida caracterizado porque comprende realizar, de manera automática, las siguientes etapas: 20 13.- Method of measuring the voltages of the capacitive arrangements of the 10 sub-modules of a multilevel power converter with distributed energy storage, where said power converter comprises at least one phase formed by two semi-phases, each of which it comprises two or more sub-modules (SMs (1)… SMs (n); SMi (1)… SMi (n)) connected in series, and where each sub-module comprises a capacitive arrangement comprising one or more capacitors (C), two output terminals (X1, X2) and switching means (SW) that alternatively connect the two output terminals (X1, X2) with the ends of the capacitive arrangement, for an activated state of the sub-module, or short-circuits each other, for a deactivated state of the sub-module, the measurement method being characterized in that it comprises performing, automatically, the following steps: - realizar dos o más medidas, al menos una por semi-fase, de la tensión existente entre los terminales extremos de una disposición en serie de al menos dos sub-módulos (SMs(1)…SMs(n); SMi(1)…SMi(n)); - make two or more measurements, at least one per semi-phase, of the voltage between the end terminals of a serial arrangement of at least two sub-modules (SMs (1)… SMs (n); SMi (1) ... SMi (n)); - realizar un proceso de validación de al menos una de dichas dos o más medidas de tensión, a partir de al menos información sobre el estado activado/desactivado de cada 25 sub-módulo (SMs(1)…SMs(n); SMi(1)…SMi(n)), y en el caso de que dicha validación ofrezca un resultado positivo determinar que la medida validada se corresponde substancialmente con una medida real de tensión en la disposición capacitiva de un sub-módulo activado de su respectiva disposición en serie de sub-módulos (SMs(1)…SMs(n); SMi(1)…SMi(n)); y 30  - carry out a validation process of at least one of said two or more voltage measurements, based on at least information on the on / off status of each sub-module (SMs (1)… SMs (n); SMi ( 1)… SMi (n)), and if such validation offers a positive result, determine that the validated measure substantially corresponds to a real voltage measurement in the capacitive arrangement of an activated sub-module of its respective arrangement in series of sub-modules (SMs (1)… SMs (n); SMi (1)… SMi (n)); and 30 - estimar las tensiones en las disposiciones capacitivas de los sub-módulos desactivados y, si la medida de tensión no ha sido validada, también de los sub-módulos activados. - estimate the voltages in the capacitive arrangements of the deactivated sub-modules and, if the voltage measurement has not been validated, also of the activated sub-modules. 14.- Método según la reivindicación 13, caracterizado porque comprende establecer que dicho proceso de validación ofrece un resultado positivo si la medida de tensión ha sido realizada cuando solamente un sub-módulo de la respectiva disposición en serie de sub-módulos (SMs(1)…SMs(n); SMi(1)…SMi(n)) se encontraba activado y éste es el que incluye a dicha disposición capacitiva respecto a la cual determinar dicha 5 medida real de tensión. 14. Method according to claim 13, characterized in that it comprises establishing that said validation process offers a positive result if the voltage measurement has been performed when only a sub-module of the respective serial arrangement of sub-modules (SMs (1 )… SMs (n); SMi (1)… SMi (n)) was activated and this is the one that includes said capacitive arrangement with respect to which to determine said real voltage measurement. 15.- Método según la reivindicación 14, caracterizado porque comprende, para medir la tensión de la disposición capacitiva de un sub-módulo de interés, realizar las siguientes etapas: 15. Method according to claim 14, characterized in that it comprises the following steps to measure the voltage of the capacitive arrangement of a sub-module of interest: a) realizar dicha medida de la tensión existente entre los terminales extremos de 10 una disposición en serie de dos o más sub-módulos (SMs(1)…SMs(n); SMi(1)…SMi(n)) que incluyan a dicho sub-módulo de interés, y una medida de al menos la corriente que pasa por la semi-fase que lo incluye; a) performing said measurement of the voltage between the end terminals of 10 a serial arrangement of two or more sub-modules (SMs (1)… SMs (n); SMi (1)… SMi (n)) that include a said sub-module of interest, and a measure of at least the current that passes through the semi-phase that includes it; b) comprobar si se encuentra activado uno solo de dichos dos o más sub-módulos (SMs(1)…SMs(n); SMi(1)…SMi(n)), y si es así, comprobar si el sub-módulo que se 15 encuentra activado es dicho sub-módulo de interés; b) check if only one of said two or more sub-modules (SMs (1)… SMs (n); SMi (1)… SMi (n)) is activated, and if so, check if the sub-module that is activated is said sub-module of interest; b1) si cualquiera de dichas dos comprobaciones ofrece un resultado negativo, estimar la tensión en la disposición capacitiva del sub-módulo de interés a partir del valor de corriente medido de la semi-fase, del valor de la disposición capacitiva y de información sobre el estado activado/desactivado 20 del sub-módulo de interés; y b1) if either of these two checks offers a negative result, estimate the voltage in the capacitive arrangement of the sub-module of interest from the measured current value of the semi-phase, the value of the capacitive arrangement and information on the on / off state 20 of the sub-module of interest; Y b2) si la dos comprobaciones ofrecen un resultado positivo, considerar la medida de tensión como válida y determinar que se corresponde substancialmente con una medida real de tensión de la disposición capacitiva del sub-módulo de interés, actualizar una posible estimación previa, si es el 25 caso, y enviar el valor de tensión de dicha medida real a dichos medios de control de equilibrado de las tensiones en las disposiciones capacitivas del convertidor. b2) if the two checks offer a positive result, consider the voltage measurement as valid and determine that it corresponds substantially to a real voltage measurement of the capacitive arrangement of the sub-module of interest, update a possible previous estimate, if it is the 25 case, and send the voltage value of said real measurement to said voltage balancing control means in the capacitive arrangements of the converter. 16.- Método según la reivindicación 15, caracterizado porque dicha etapa b1) comprende: 30 16. Method according to claim 15, characterized in that said step b1) comprises: b1a) enviar el valor de tensión estimado a unos medios de control de equilibrado de las tensiones en las disposiciones capacitivas del convertidor; o b1a) send the estimated voltage value to a voltage balancing control means in the capacitive arrangements of the converter; or b1b) contar el tiempo que llevan sin actualizarse las medidas de tensión para la disposición capacitiva del sub-módulo de interés, y si éste es superior a un valor límite y superior al contado para las medidas de tensión para las disposiciones capacitivas del resto de sub-módulos, modificar el valor de tensión estimado y enviar dicho valor modificado a unos medios de control 5 de equilibrado de las tensiones en las disposiciones capacitivas del convertidor para que fuercen la activación del sub-módulo de interés. b1b) count the time taken without updating the voltage measurements for the capacitive arrangement of the sub-module of interest, and if it is greater than a limit value and greater than the one for the voltage measurements for the capacitive arrangements of the rest of the sub -modules, modify the estimated voltage value and send said modified value to control means 5 for balancing the voltages in the capacitive arrangements of the converter to force the activation of the sub-module of interest. 17.- Método según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, caracterizado porque comprende utilizar el sistema de medida según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 para la medida de las tensiones de las disposiciones capacitivas 10 de los sub-módulos de un convertidor de potencia multinivel con almacenamiento distribuido de energía. 17. Method according to any one of claims 13 to 16, characterized in that it comprises using the measuring system according to any one of claims 1 to 10 for measuring the voltages of the capacitive arrangements 10 of the sub-modules of a converter Multilevel power with distributed energy storage.
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