ES2833419T3 - Método para controlar un voltaje equivalente trifásico de un inversor de múltiples niveles - Google Patents

Método para controlar un voltaje equivalente trifásico de un inversor de múltiples niveles Download PDF

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Abstract

Un método para controlar un voltaje de tres fases de un inversor de múltiples niveles (300), que comprende: detectar (S1) un estado de cada una de las celdas de potencia (120) del inversor de múltiples niveles (300) para determinar si se produce o no un fallo en cada una de las celdas de potencia (120); desviar (S2) las celdas de potencia (120) que se determina que no han podido conectar las celdas de potencia (120) que funcionan normalmente entre sí en serie por cada fase; caracterizado por calcular un valor de voltaje de desplazamiento mediante el uso de un valor de diferencia entre una referencia de voltaje de fase por cada fase y el valor de salida de una función límite que usa una suma de cada uno de los voltajes de circuitos intermedios de corriente continua CC, de las celdas de potencia (120) que operan normalmente y configuran cada una de las fases; calcular (S7) una referencia de voltaje de polo por cada fase para mantener una equivalencia de un voltaje de salida de línea a línea trifásico, mediante el uso de la referencia de voltaje de fase por cada fase y el voltaje de desplazamiento calculado; y generar (S8) una señal de control de conmutación a partir de la referencia de voltaje de polo calculado para cada fase a través de una modulación de ancho de pulso (PWM), de esta manera se emite la señal de control de conmutación a cada una de las celdas de potencia (120).

Description

DESCRIPCIÓN
Método para controlar un voltaje equivalente trifásico de un inversor de múltiples niveles
Antecedentes
1. Campo Técnico
La presente descripción se refiere a un método para controlar un voltaje equivalente trifásico de un inversor de múltiples niveles, y más particularmente, a un método de control de voltaje capaz de proporcionar una operación continua al realizar un control de voltaje equivalente trifásico mediante el uso de un voltaje de desplazamiento (o un voltaje de secuencia cero) sin desviar las celdas de potencia que funcionan normalmente para mantener una equivalencia de un voltaje de salida de línea a línea trifásico cuando fallan algunas de las celdas de potencia de un inversor de múltiples niveles (CHB) en cascada de puente H.
2. Descripción de la Técnica Relacionada
Un inversor de múltiples niveles se ha estudiado principalmente en un campo al que se aplica un voltaje medio, especialmente, en un campo de accionamiento de un motor eléctrico.
Existe dificultad para aplicar un inversor de fuente de voltaje a un accionamiento variable de un motor eléctrico de corriente alterna a gran escala que requiere sobre voltaje medio debido a la limitación de un voltaje nominal y al esfuerzo de voltaje de un dispositivo de conmutación que configura un inversor.
Un inversor de fuente de voltaje que requiere sobre voltaje medio puede ejemplificarse como un inversor de 2 niveles que tiene características de esfuerzos de voltajes equivalentes tantas como el número de dispositivos de conmutación conectados mediante el uso de una conexión en serie de los dispositivos de conmutación. Sin embargo, cuando un motor eléctrico se acciona mediante el uso de un inversor de 2 niveles, puede ser difícil realmente aplicar el inversor de 2 niveles a un campo industrial porque existen problemas como la degradación, el aislamiento y similares de un motor eléctrico causado por un alto dv/dt, una reflexión de voltaje, una distorsión armónica total alta (THD), una pérdida de conmutación alta y similares.
Para abordar estos problemas, se han desarrollado una variedad de inversores de múltiples niveles, y un inversor de múltiples niveles (CHB) en cascada de puente H entre dichos inversores muestra las características más destacadas en aspectos de voltajes de entrada y salida y calidad de la corriente. Cada fase del inversor de múltiples niveles CHB se implementa a través de una conexión en serie de celdas de potencia, cada una de las cuales se configura con un único inversor de puente H.
El inversor de múltiples niveles CHB tiene ventajas que incluyen capacidad de modularización, alta confiabilidad, continuidad de operación, baja distorsión armónica total (THD) de una corriente de entrada y similares. Y, en virtud de tales ventajas, la comercialización del inversor de múltiples niveles CHB se ha realizado activamente de modo que numerosos fabricantes lanzan actualmente un producto inversor para accionar un motor eléctrico de voltaje medio.
Una celda de potencia del inversor de múltiples niveles CHB se hace de un circuito rectificador trifásico, un capacitor de circuito intermedio de corriente continua (CC) y un circuito de puente H, y N celdas de potencia se conectan en serie para formar una sola fase. Cuando las celdas de potencia k fallan entre las celdas de potencia N, el inversor de múltiples niveles CHB desvía las celdas de potencia k para permitir una operación continua. Mientras tanto, cuando las celdas de potencia k se desvían en una sola fase, ocurre la no equivalencia en cada uno de los voltajes de línea a línea. Para abordar dicha no equivalencia, las celdas de potencia k también deben desviarse en otras fases. En tal caso, se reduce la redundancia que el inversor de múltiples niveles CHB tiene inherentemente, y también se reduce el voltaje de salida en una cantidad de (N-k)/N.
El documento US2014/078797 A1 describe una solución de la técnica anterior para el control de un inversor de múltiples niveles en cascada en una operación de derivación de fallos, mediante la cual se generan voltajes de referencia como una solución analítica.
Resumen
Para abordar los problemas descritos anteriormente, un objeto de la presente descripción es para proporciona un método para controlar un voltaje equivalente trifásico de un inversor de múltiples niveles capaz de proporcionar una operación continua al realizar un control de voltaje equivalente trifásico mediante el uso de un voltaje de desplazamiento (o un voltaje de secuencia cero) sin desviar las celdas de potencia que funcionan normalmente para mantener una equivalencia de un voltaje de salida de línea a línea trifásico cuando fallan unas celdas de potencia de un inversor de múltiples niveles (CHB) en cascada de puente H.
El objeto de la presente descripción no se limita al objeto descrito anteriormente, y los expertos en la técnica evidentemente entenderán otros objetos no mencionados anteriormente a partir de la siguiente descripción.
Un método de acuerdo con la invención se define en la reivindicación 1. El cálculo del valor de voltaje de desplazamiento puede incluir calcular la suma de cada uno de los voltajes de circuitos intermedios de CC de las celdas de potencia que operan normalmente y configurar cada una de las fases, al establecer la suma calculada de cada uno de los voltajes de circuitos intermedios de CC en un valor máximo y un valor mínimo, y al emitir los valores de salida de la función límite que recibe la referencia de voltaje de fase para cada fase como entrada, mediante el cálculo de un valor de diferencia entre la referencia de voltaje de fase por cada fase y cada uno de los valores de salida de la función límite, y acumular el valor de diferencia calculado para generar el valor de voltaje de desplazamiento.
El cálculo del valor de voltaje de desplazamiento genera un valor de voltaje de desplazamiento Vsn que se expresa como la siguiente ecuación,
[Ecuación]
Vsn ~ (v as Vas + V bs Vbs + V cs ^cs)
vas = lím ite Vcac, v*as)
vbs = lím ite
Figure imgf000003_0001
Vcbc, v*bs)
vcs = lím ite(-7cc, Vcc, v*cs)
Figure imgf000003_0002
en donde una función límite(a,b,x) genera un valor de salida de a cuando x es menos que a, genera un valor de salida de b cuando x es mayor que b, y genera un valor de salida de x cuando x es igual o mayor que a, o igual o menor que b, y en donde Vacc, Vbcc, y Vccc son voltajes de circuitos intermedios de CC de fases a, b, y c, respectivamente, y v*as, v*bs, y v*cs son referencias de voltaje de fase de las fases a, b, y c, respectivamente.
El cálculo de la referencia de voltaje de polo puede sumar la referencia de voltaje de fase por cada fase al valor de voltaje de desplazamiento calculado para calcular la referencia de voltaje de polo para mantener la equivalencia del voltaje de salida de línea a línea trifásico.
De acuerdo con la presente descripción, el inversor de múltiples niveles CHB puede inyectar el voltaje de desplazamiento (o el voltaje de secuencia cero), que se calcula mediante el uso de la referencia de voltaje de fase y el limitador, para realizar un control de voltaje equivalente trifásico, al mantener así una equivalencia de un voltaje de salida de línea a línea trifásico sin desviar las celdas de potencia que funcionan normalmente cuando fallan algunas de las celdas de potencia.
En consecuencia, es posible que el inversor de múltiples niveles CHB no pierda la redundancia de otras fases y también puede generar un voltaje de línea a línea lo más alto posible dentro de una región de control lineal cuando fallan todas las celdas de potencia de una sola rama, así como han fallado varias celdas de potencia.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama para describir una estructura de un inversor de múltiples niveles (CHB) en cascada de puente H de acuerdo con una realización de la presente descripción.
La Figura 2 es un diagrama para describir una configuración de una celda de potencia en el inversor de múltiples niveles CHB de acuerdo con una realización de la presente descripción.
La Figura 3 es un diagrama vectorial que ilustra un voltaje máximo cuando falla una celda de potencia arbitraria en el inversor de múltiples niveles CHB de acuerdo con una realización de la presente descripción.
La Figura 4 es un diagrama para describir un proceso de cálculo de la suma total de un voltaje de circuito intermedio de corriente continua (CC) de cada una de las celdas de potencia en el inversor de múltiples niveles CHB de acuerdo con una realización de la presente descripción.
La Figura 5 es un diagrama para describir un método de control de un voltaje equivalente trifásico en el inversor de múltiples niveles CHB de acuerdo con una realización de la presente descripción.
La Figura 6 es un diagrama para describir la generación de una señal de control de conmutación a partir de una referencia de voltaje de polo en el inversor de múltiples niveles CHB de acuerdo con una realización de la presente descripción.
La Figura 7 es un diagrama para describir que una referencia de voltaje de polo que se aplica a cada fase del inversor de múltiples niveles CHB se transmite a cada celda.
La Figura 8 es un diagrama para describir un método de control de un voltaje equivalente trifásico del inversor de múltiples niveles CHB de acuerdo con una realización de la presente descripción.
Descripción detallada
La presente descripción puede modificarse de diversas formas y tendrá una variedad de realizaciones de modo que las realizaciones específicas se ejemplifiquen en los dibujos y se describirán en detalle en la presente descripción. Sin embargo, las realizaciones específicas descritas en la presente descripción no deben tomarse en el sentido de limitar la presente descripción a estas realizaciones, sino como explicación de las mismas.
De ahora en adelante, una realización preferida de acuerdo con la presente descripción se describirá en detalle con referencia a los dibujos acompañantes.
La Figura 1 es un diagrama para describir una estructura de un inversor de múltiples niveles (CHB) en cascada de puente H de acuerdo con una realización de la presente descripción.
Con referencia a la Figura 1, un inversor de múltiples niveles (CHB) en cascada de puente H 100 de acuerdo con una realización de la presente descripción puede configurarse para incluir un transformador de devanado múltiple trifásico 110 y una pluralidad de celdas de potencia 120, y se conecta entre un sistema fuente de energía 10 y un motor eléctrico 20. El inversor de múltiples niveles CHB 100 funciona bajo el control de un controlador 200.
El transformador de devanado múltiple trifásico 110 proporciona un voltaje de circuito intermedio de corriente continua (CC) independiente de cada una de las celdas de potencia 120. Existe una diferencia de fase entre los devanados. Esta es una razón para proporcionar un circuito rectificador que configure cada una de las celdas de potencia 120 en una forma de impulsos múltiples. Debido a tal diferencia de fase, las corrientes de entrada de las celdas de potencia 120 se superponen entre sí de manera que una corriente de entrada del transformador de devanado múltiple trifásico 110 tiene una baja distorsión armónica total (THD).
Las celdas de potencia, es decir, la pluralidad de celdas de potencia, se conectan en serie por cada fase para configurar la pluralidad de celdas de potencia 120. Cada una de las celdas de potencia tiene una estructura de un inversor de puente H monofásico que se configura con un dispositivo de conmutación de bajo voltaje, y puede obtener sobre voltaje medio a través de una conexión en serie de múltiples celdas de potencia. Y, debido a que el número de niveles de un voltaje de salida aumenta de acuerdo con el número de celdas de potencia, puede obtenerse una forma de onda de voltaje de salida cercana a una onda sinusoidal. En otras palabras, a través de una conexión en serie de múltiples celdas de potencia, puede obtenerse una forma de onda de voltaje de salida sobre un voltaje medio que tiene una THD muy baja.
El controlador 200 puede controlar la operación del inversor de múltiples niveles CHB 100. Cuando falla una celda arbitraria en el inversor de múltiples niveles CHB 100, el controlador 200 realiza un control de voltaje equivalente trifásico mediante el inyecto de un voltaje de desplazamiento calculado (o un voltaje de secuencia cero) mediante el uso de una referencia de voltaje de fase y un limitador, al mantener así una equivalencia de voltaje de línea a línea trifásico sin desviar una celda de potencia que funciona normalmente cuando falla la celda arbitraria.
El inversor de múltiples niveles CHB 100 no pierde la redundancia de otras fases debido a dicha operación, y puede generar un voltaje de línea a línea lo más alto posible dentro de una región de control lineal cuando fallan las celdas de potencia de una sola rama, así como han fallado varias celdas de potencia.
La Figura 2 es un diagrama para describir una configuración de una celda de potencia en un inversor de múltiples niveles CHB de acuerdo con una realización de la presente descripción.
Con referencia a la Figura 2, una celda de potencia 120 se configura para incluir una unidad de entrada de la celda de potencia 121, un rectificador 122, un capacitor de circuito intermedio de corriente continua (CC) suavizado 123, un inversor de puente H monofásico 124 y un contactor de derivación 125.
La unidad de entrada de la celda de potencia 121 se conecta a un terminal de salida del transformador de devanado múltiple trifásico 110. El rectificador 121 rectifica un voltaje de corriente alterna (CA) trifásica que se aplica desde la unidad de entrada de la celda de potencia 121 a un voltaje de CC. El capacitor de circuito intermedio de CC suavizado 123 suaviza un voltaje de circuito intermedio de CC. El inversor de puente H monofásico 124 genera un voltaje de fase monofásico. El contactor de derivación 125 sirve para desviar una celda de potencia cuando falla la celda de potencia. El contactor de derivación 125 se conecta a A cuando la celda de potencia 120 está en un estado normal, mientras que se conecta a B cuando la celda de potencia 120 falla, de modo que es necesario desviar la celda de potencia 120 defectuosa.
Como se describió anteriormente, debido a que el contactor de derivación 125 está provisto en un terminal de salida de cada una de las celdas de potencia 120, puede ser posible una operación sin interrupciones sin detener un sistema durante el reemplazo de una celda de potencia defectuosa 120 desviando la celda de potencia 120 defectuosa cuando falla una de las celdas de potencia 120.
La Figura 3 es un diagrama vectorial que ilustra un voltaje máximo cuando falla una celda de potencia arbitraria en el inversor de múltiples niveles CHB de acuerdo con una realización de la presente descripción.
Con referencia a la Figura 3, cuando dos celdas de potencia de fase a fallan en un estado en el que el número de celdas de potencia de cada fase es cinco, puede verse un diagrama vectorial de un voltaje máximo que está emitiéndose. Un número de referencia 21 representa un valor de voltaje de salida de una sola celda de potencia de fase a, un número de referencia 22 representa un valor de voltaje de salida de una sola celda de potencia de fase b, y un número de referencia 23 representa un valor de voltaje de salida de una sola celda de potencia de fase c. Por lo tanto, los voltajes de línea a línea de Vbc, Vab, y Vca existen.
Cuando las referencias de voltaje de fase de tres fases son v*as, v*bs, y v*cs, y un voltaje de desplazamiento (un voltaje de secuencia cero) del mismo es vsn, cada una de las referencias de voltaje de polo v*an, v*bn, y v*cn se compone de una suma de la referencia de voltaje de fase correspondiente y el voltaje de desplazamiento (o el voltaje de secuencia cero), y puede expresarse como Ecuación 1.
[Ecuación 1]
Figure imgf000005_0001
Mientras tanto, un voltaje máximo que puede obtenerse de cada fase está compuesto por la suma completa de un voltaje de circuito intermedio de CC de cada una de las celdas de potencia, y puede definirse como la Ecuación 2.
[Ecuación 2]
Na Nb Nc
Va vc kea > v c bc = \ v c Kcb > V cac V vckcc
k = l k = l
En la presente descripción, Vkcca representa un voltaje de circuito intermedio de CC de una sola celda de potencia de fase a, y esto puede ser idénticamente aplicable a las fases b y c.
La Figura 4 es un diagrama para describir un proceso de cálculo de la suma total de un voltaje de circuito intermedio de CC de cada una de las celdas de potencia en el inversor de múltiples niveles CHB de acuerdo con una realización de la presente descripción. Con referencia a la Figura 4, se mide un voltaje de circuito intermedio de CC de una celda de potencia con respecto a cada una de las celdas de potencia (Ver, número de referencia 31). Y, los voltajes de N celdas de potencia capaces de funcionar normalmente se añaden por completo las (Ver, Número de referencia 32). Es decir, Na significa el número de celdas de potencia capaces de funcionar normalmente entre las celdas de potencia que configuran la fase a, y esto puede ser idénticamente aplicable a las fases b y c.
En consecuencia, un voltaje de polo máximo que puede generarse desde cada fase puede expresarse como la Ecuación 3.
[Ecuación 3]
Figure imgf000005_0002
Es decir, un voltaje de polo de fase a existe entre - voltaje de circuito intermedio de CC de fase a y voltaje de circuito intermedio de CC de fase a, un voltaje de polo de fase b existe entre - voltaje de circuito intermedio de Cc de fase b y voltaje de circuito intermedio de CC de fase b, y un voltaje de polo de fase c existe entre - voltaje de circuito intermedio de CC de fase c y voltaje de circuito intermedio de CC de fase c.
Aquí, un valor máximo de cada uno de los voltajes de circuitos intermedios de CC es el mismo que el valor máximo que se obtiene al sumar la referencia de voltaje de fase de un voltaje de tres fases al voltaje de desplazamiento. Como resultado, cuando falla una celda de potencia arbitraria, los voltajes máximos de polo máximo que pueden generarse desde todas las fases son diferentes entre sí. Cuando se inyecta un voltaje de desplazamiento capaz de satisfacer todos los rangos que se expresan en la Ecuación 3, un voltaje de polo máximo equivalente trifásico, es decir, un voltaje de línea a línea máximo puede generarse dentro de una región de control lineal.
Un valor máximo de cada uno de los voltajes de línea a línea puede expresarse como la Ecuación 4 mediante el uso de una suma de voltajes de circuitos intermedios de CC de las celdas de potencia que configuran cada fase.
[Ecuación 4]
Figure imgf000006_0001
Además, un voltaje de línea a línea de salida en un estado equivalente puede expresarse como la Ecuación 5. [Ecuación 5]
m áx m áx m áx m áxx
V 11 m Kv ab ’ V bc ’ v ca )
En otras palabras, cuando falla una celda de potencia arbitraria, los voltajes de línea a línea de salida son diferentes entre sí y, para generar un voltaje de línea a línea equivalente trifásico, un valor debe ser un valor mínimo entre los voltajes de línea a línea de salida que se expresan en la Ecuación 4.
Cuando el voltaje de línea a línea está limitado como en la Ecuación 5, un voltaje de desplazamiento para generar un voltaje de línea a línea equivalente trifásico se configura como sigue.
Como en la Ecuación 6 , un valor de referencia de voltaje de cada fase puede definir un valor que pasa por un limitador.
[Ecuación 6]
vas = lím ite(-yc“ l£“ v *as)
vbs = lím ite (-7c®, Vcbc, v*bs)
vcs = lím ite(-7cc, Vcc, v*cs)
Aquí, una función límite es una función que se define como la Ecuación 7.
[Ecuación 7]
Figure imgf000006_0002
)
Es decir, un función límite(a,b,x) es una función que genera a como valor de salida cuando x es menos que a, b como valor de salida cuando x es mayor que b, y x como valor de salida cuando x es igual o mayor que a, o igual o menor que b.
Mediante el uso de tal función, un voltaje de desplazamiento puede expresarse como la Ecuación 8.
[Ecuación 8]
sn (^as ^a.s~^~^bs ^bs ^es ^e s )
Como se expresa en la Ecuación 8 , cuando se inyecta un voltaje de desplazamiento, el inversor de múltiples niveles CHB 100 puede generar un voltaje de línea a línea equivalente trifásico máximo cuando falla una celda de potencia. Tal método de cálculo de voltaje de desplazamiento puede ser idénticamente aplicable a un estado de operación normal.
Cuando no hay falla en una celda de potencia, se emite una referencia de voltaje de desplazamiento de '0' de modo que solo se incluye una referencia de voltaje de fase en una referencia de voltaje de polo. Por otro lado, cuando falla una celda de potencia arbitraria, se produce una referencia de voltaje de polo en la que se incluye un voltaje de desplazamiento en una referencia de voltaje de fase.
Es decir, al agregar el voltaje de desplazamiento que se calcula a partir de la Ecuación 8 a la referencia de voltaje de fase original, las referencias de voltaje de polo v*an, v*bn, y v*cn de tres fases que se expresan en la Ecuación 1. La Figura 5 es un diagrama para describir un método de control de un voltaje equivalente trifásico en el inversor de múltiples niveles CHB de acuerdo con una realización de la presente descripción.
Un primer limitador 211 es un limitador de voltaje de fase de la fase a. Un segundo limitador 212 es un limitador de voltaje de fase de la fase b. Un tercer limitador 213 es un limitador de voltaje de fase de la fase c. Aquí, un valor límite máximo y un valor límite mínimo de cada uno del primer limitador 211, el segundo limitador 212 y el tercer limitador 213 pueden representarse mediante una suma de los voltajes de circuitos intermedios de CC de las celdas de potencia que funcionan con un voltaje máximo de salida al calcularse en la Figura 4.
Por lo tanto, un valor máximo del primer limitador 211 es Vacc y un valor mínimo de la misma es -Vacc, un valor máximo del segundo limitador 212 es Vbcc y un valor mínimo de la misma es -Vbcc, y un valor máximo del tercer limitador 213 es Vccc y un valor mínimo de la misma es -Vccc. Estos valores se calculan mediante la Ecuación 2.
Una primera calculadora 214 calcula una diferencia entre una referencia de voltaje de fase de la fase a y la referencia de voltaje de fase de la fase a que pasó el primer limitador 211. De manera similar, la segunda calculadora 215 calcula una diferencia entre una referencia de voltaje de fase de la fase b y la referencia de voltaje de fase de la fase b que pasó el segundo limitador 212. De manera similar, una tercera calculadora 216 calcula una referencia de voltaje de fase de la fase c y la referencia de voltaje de fase de la fase c que pasó el segundo limitador 213.
Una cuarta calculadora 217 acumula el valor calculado de la primera calculadora 214 y el valor calculado de la segunda calculadora 215. Una quinta calculadora 218 acumula el valor calculado de la cuarta calculadora 217 y el valor calculado de la tercera calculadora 216. Aquí, el valor calculado de la quinta calculadora 218 se calcula como un valor negativo del voltaje de desplazamiento.
Una sexta calculadora 219 calcula una diferencia entre un valor de compensación negativo que es el valor calculado de la quinta calculadora 218 y la referencia de voltaje de fase de la fase a, al generar así un voltaje correspondiente a la diferencia calculada como una referencia de voltaje de polo v*an de la fase a.
Una séptima calculadora 220 calcula una diferencia entre el valor de compensación negativo que es el valor calculado de la quinta calculadora 218 y la referencia de voltaje de fase de la fase b, al generar así un voltaje correspondiente a la diferencia calculada como una referencia de voltaje de polo v*bn de la fase b.
Una octava calculadora 221 calcula una diferencia entre el valor de compensación negativo que es el valor calculado de la quinta calculadora 218 y la referencia de voltaje de fase de la fase c, al generar así un voltaje correspondiente a la diferencia calculada como una referencia de voltaje de polo v*cn de la fase c.
Es decir, el cálculo de cada una de la sexta calculadora 219, la séptima calculadora 220 y la octava calculadora 221 se expresa en la Ecuación 1.
La Figura 7 es un diagrama para describir que una referencia de voltaje de polo que se aplica a cada fase del inversor de múltiples niveles CHB se transmite a cada una de las celdas de potencia.
Con referencia a la Figura 7, se aplica una referencia de voltaje de polo desde el controlador 200 y se expresa como v *an, v*bn, y v*cn. La referencia de voltaje de polo se expresa como una suma de una referencia de voltaje de fase y un voltaje de desplazamiento o un voltaje de secuencia cero.
Los módulos de modulación de ancho de pulso (PWM) 230, 240 y 250 reciben referencias de voltaje de polo y generan señales de control de conmutación Sa, Sb, Sa, Sb a través de un método PWM para enviarlos a cada una de las celdas de potencia.
La Figura 6 es un diagrama para describir la generación de una señal de control de conmutación a partir de una referencia de voltaje de polo en el inversor de múltiples niveles CHB de acuerdo con una realización de la presente descripción.
En este punto, cuando una referencia de voltaje de polo se expresa representativamente como v*xy, los módulos PWM 230, 240 y 250 comparan una referencia de voltaje de polo v*xy con una onda triangular de un voltaje de circuito intermedio de CC Vccy generan las señales de control de conmutación Sa, Sb, Sa, Sb, enviándolos así a cada una de las celdas de potencia.
Más particularmente, los módulos PWM 230, 240 y 250 comparan cada uno de una referencia de voltaje de polo v*xy y una referencia de voltaje de polo negativo -v*xy con una onda triangular de un voltaje de circuito intermedio de CC Vcc y generar señales de control de conmutación Sa y Sb de acuerdo con los resultados de la comparación.
Por ejemplo, cuando la referencia de voltaje de polo v*xy es igual o mayor que la onda triangular del voltaje de circuito intermedio de CC Vcc, los módulos PWM 230, 240 y 250 generan la señal de control de conmutación Sa de "1" para enviarlo a cada una de las celdas de potencia. Por otro lado, cuando la referencia de voltaje de polo v*xy es menor que la onda triangular del voltaje de circuito intermedio de CC Vcc, los módulos PWM 230, 240 y 250 generan la señal de control de conmutación Sa de "0" para enviarlo a cada una de las celdas de potencia.
Además, cuando la referencia de voltaje de polo negativo -v*xy es igual o mayor que la onda triangular del voltaje de circuito intermedio de CC Vcc, los módulos PWM 230, 240 y 250 generan la señal de control de conmutación Sb de "1" para enviarlo a cada una de las celdas de potencia. Por otro lado, cuando la referencia de voltaje de polo negativo -v*xy es menor que la onda triangular del voltaje de circuito intermedio de CC Vcc, los módulos PWM 230, 240 y 250 generan la señal de control de conmutación Sb de "0" para enviarlo a cada una de las celdas de potencia.
A partir de entonces, los módulos PWM 230, 240 y 250 generan señales de control de conmutación Sa , Sb que tiene una relación complementaria con respecto a las señales de control de conmutación que se generan Sa y Sb, enviándolos así a cada una de las celdas de potencia.
De acuerdo con las señales de control de conmutación Sa, Sb, Sa, Sb los módulos PWM 230, 240 y 250, se determinan las operaciones de encendido/apagado de los elementos de conmutación provistos en cada celda de potencia.
La Figura 8 es un diagrama para describir un método de control de un voltaje equivalente trifásico del inversor de múltiples niveles CHB de acuerdo con una realización de la presente descripción.
Con referencia a la Figura 8 , el controlador 200 detecta un estado de cada una de las celdas de potencia 120 del inversor de múltiples niveles CHB 100 para determinar si se produce o no un fallo en las celdas de potencia 120 en la Operación S 1.
El controlador 200 desvía las celdas de potencia 120 que están fallando y conecta las celdas de potencia 120 que funcionan normalmente a cada fase para configurar un circuito en la Operación S2.
El controlador 200 calcula una suma de los voltajes de circuitos intermedios de CC de las celdas de potencia que funcionan normalmente y configura cada fase en la Operación S3. Aquí, una suma completa del voltaje de circuito intermedio de CC de cada una de las celdas de potencia es un voltaje máximo que puede emitirse en cada fase. En consecuencia, se calculan un voltaje máximo de salida de la fase a, un voltaje máximo de salida de la fase b, y un voltaje máximo de salida de la fase c. Aquí, la suma calculada de los voltajes de circuitos intermedios de CC en cada fase se establece en un valor máximo y un valor mínimo de la función límite.
El controlador 200 introduce una referencia de voltaje de fase de cada fase a la función límite, generando así un valor de salida de la función límite en cada fase en la Operación S4. El valor de salida de la función límite es tal que una referencia de voltaje de fase de cada fase se limita por el valor máximo y el valor mínimo de la función límite.
Una referencia de voltaje de fase de la fase a se introduce en la función límite de modo que una referencia de voltaje de fase limitada de la fase a se calcula como un valor de salida de la función límite. De manera similar una referencia de voltaje de fase de la fase b se introduce en la función límite de modo que una referencia de voltaje de fase limitada de la fase b se calcula como un valor de salida de la función límite. De manera similar una referencia de voltaje de fase de la fase c se introduce en la función límite de modo que una referencia de voltaje de fase limitada de la fase c se calcula como un valor de salida de la función límite.
El controlador 200 calcula un valor de diferencia entre la referencia de voltaje de fase de cada fase y el valor de salida de la función límite de la misma en la Operación S5.
Mediante tal cálculo, una diferencia entre la referencia de voltaje de fase de la fase a y la referencia de voltaje de fase limitada de la fase a se calcula para generar un primer valor. De manera similar, una diferencia entre la referencia de voltaje de fase de la fase b y la referencia de voltaje de fase limitada de la fase b se calcula para generar un segundo valor. De manera similar, una diferencia entre la referencia de voltaje de fase de la fase c y la referencia de voltaje de fase limitada de la fase c se calcula para generar un tercer valor
El controlador 200 acumula los valores de diferencia calculados para generar un valor de voltaje de desplazamiento en la Operación S6. Es decir, el valor de voltaje de desplazamiento se calcula al acumular un valor que se calcula a partir de la diferencia entre la referencia de voltaje de fase de cada fase y la referencia de voltaje de fase limitada de la misma. Por lo tanto, el primer valor se acumula con el segundo y el tercer valor.
El controlador 200 suma la referencia de voltaje de fase de cada fase al valor de voltaje de desplazamiento calculado para calcular una referencia de voltaje de polo de cada fase en la Operación S7. Por lo tanto, la referencia de voltaje de fase de la fase a y el valor de voltaje de desplazamiento del mismo se suman entre sí de modo que se calcule la referencia de voltaje de polo de la fase a. De manera similar, la referencia de voltaje de fase de la fase b y el valor de voltaje de desplazamiento del mismo se suman entre sí de modo que se calcule la referencia de voltaje de polo de la fase b. De manera similar, la referencia de voltaje de fase de la fase c y el valor de voltaje de desplazamiento del mismo se suman entre sí de modo que se calcule la referencia de voltaje de polo de la fase b.
El controlador 200 genera una señal de control de conmutación a partir de dicha referencia de voltaje de polo calculado de cada fase a través de un PWM para enviar la señal de control de conmutación a cada una de las celdas de potencia en la Operación S8.
Como se describió anteriormente, cuando falla la celda de potencia arbitraria, el inversor de múltiples niveles CHB 100 puede inyectar el voltaje de desplazamiento (o el voltaje de secuencia cero), que se calcula mediante el uso de la referencia de voltaje de fase y el limitador, para realizar un control de voltaje equivalente trifásico, al mantener así una equivalencia de un voltaje de salida de línea a línea trifásico sin desviar las celdas de potencia que funcionan normalmente cuando fallan algunas de las celdas de potencia.
En consecuencia, es posible que el inversor de múltiples niveles CHB 100 no pierda la redundancia de otras fases y también puede generar un voltaje de línea a línea lo más alto posible dentro de una región de control lineal cuando fallan todas las celdas de potencia de una sola rama, así como han fallado varias celdas de potencia.
La presente descripción se ha descrito con referencia a las realizaciones que se muestran en los dibujos, pero es meramente una ilustración, y debe entenderse que los expertos en la técnica pueden idear otras numerosas modificaciones y otras realizaciones equivalentes. Por lo tanto, el alcance técnico de la presente invención debería definirse por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Un método para controlar un voltaje de tres fases de un inversor de múltiples niveles (300), que comprende: detectar (S1) un estado de cada una de las celdas de potencia (120) del inversor de múltiples niveles (300) para determinar si se produce o no un fallo en cada una de las celdas de potencia (120);
    desviar (S2) las celdas de potencia (120) que se determina que no han podido conectar las celdas de potencia (120) que funcionan normalmente entre sí en serie por cada fase;
    caracterizado por
    calcular un valor de voltaje de desplazamiento mediante el uso de un valor de diferencia entre una referencia de voltaje de fase por cada fase y el valor de salida de una función límite que usa una suma de cada uno de los voltajes de circuitos intermedios de corriente continua CC, de las celdas de potencia (120) que operan normalmente y configuran cada una de las fases;
    calcular (S7) una referencia de voltaje de polo por cada fase para mantener una equivalencia de un voltaje de salida de línea a línea trifásico, mediante el uso de la referencia de voltaje de fase por cada fase y el voltaje de desplazamiento calculado; y generar (S8) una señal de control de conmutación a partir de la referencia de voltaje de polo calculado para cada fase a través de una modulación de ancho de pulso (PWM), de esta manera se emite la señal de control de conmutación a cada una de las celdas de potencia (120).
    El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los valores de salida de la función límite se expresan como la siguiente ecuación,
    [Ecuación]
    Figure imgf000010_0001
    en donde una función límite(a,b,x) genera un valor de salida de a cuando x es menor que a, genera un valor de salida de b cuando x es mayor que b, y genera un valor de salida de x cuando x es igual o mayor que a, o igual o menor que b, y
    en donde Vacc, Vbcc, y Vccc son voltajes de circuitos intermedios de CC de fases a, b, y c, respectivamente, y v*as, v*bs, y v*cs son referencias de voltaje de fase de las fases a, b, y c, respectivamente.
    El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el cálculo del valor de voltaje de desplazamiento incluye: calcular la suma de cada uno de los voltajes de circuitos intermedios de CC de las celdas de potencia (120) que operan normalmente y configuran cada una de las fases;
    establecer la suma calculada de cada uno de los voltajes de circuitos intermedios de CC a un valor máximo y un valor mínimo, y emitir los valores de salida de la función límite que recibe la referencia de voltaje de fase para cada fase como una entrada;
    calcular un valor de diferencia entre la referencia de voltaje de fase por cada fase y cada uno de los valores de salida de la función límite; y
    acumular el valor de diferencia calculado para generar el valor de voltaje de desplazamiento.
    El método de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el cálculo del valor de voltaje de desplazamiento genera un valor de voltaje de desplazamiento Vsn que se expresa como la siguiente ecuación,
    [Ecuación]
    Figure imgf000010_0002
    en donde una función límite(a,b,x) genera un valor de salida de a cuando x es menor que a, genera un valor de salida de b cuando x es mayor que b, y genera un valor de salida de x cuando x es igual o mayor que a, o igual o menor que b, y
    en donde Vacc, Vbcc, y Vccc son voltajes de circuitos intermedios de CC de fases a, b, y c, respectivamente, y v*as, v*bs, y v*cs son referencias de voltaje de fase de las fases a, b, y c, respectivamente.
    5. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el cálculo de la referencia de voltaje de polo suma la referencia de voltaje de fase por cada fase al valor de voltaje de desplazamiento calculado para calcular la referencia de voltaje de polo para mantener la equivalencia del voltaje de salida de línea a línea trifásico.
    6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el cálculo de la referencia de voltaje de polo calcula la referencia de voltaje de polo que se expresa como la siguiente ecuación,
    [Ecuación]
    Figure imgf000011_0001
    en donde v*as, v*bs, y v*cs son referencias de voltaje de fase de las fases a, b, y c, respectivamente, y vsn es un voltaje de desplazamiento.
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