ES2861954T3 - Sistema y procedimiento para una inyección de tensión en modo común unificada - Google Patents

Sistema y procedimiento para una inyección de tensión en modo común unificada Download PDF

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Abstract

Sistema (100) de conversión de potencia, que comprende: un enlace (124) de corriente continua CC que comprende un primer condensador (242) de CC y un segundo condensador (246) de CC acoplados eléctricamente en serie y que definen un punto (252) neutro NP de CC entre los mismos; al menos un convertidor (126; 200; 300) de potencia multinivel; y un controlador (140) acoplado al por lo menos un convertidor (126) de potencia multinivel, comprendiendo el controlador (140) un módulo (404; 500; 600) de inyección de tensión en modo común CMV adaptado para generar una señal (408; 564) de CMV para modificar al menos un comando (422; 424) de tensión para regular la componente de corriente CC o CA que fluye desde o al NP (252) de CC del enlace (124) de CC con el fin de reducir la diferencia de tensión entre los condensadores (242, 244) de CC primero y segundo sustancialmente a cero; comprendiendo el módulo (404; 500; 600) de inyección de CMV: un clasificador (506) mín-máx adaptado para determinar un comando (508) de tensión máxima instantánea, un comando de tensión medio instantáneo (509) y un comando (512) de tensión mínima instantánea a partir de los comandos (504) de tensión CA trifásica, y para determinar un comando (516) de corriente máxima instantánea, un comando (515) de corriente media instantánea y un comando (514) de corriente mínima instantánea a partir de los comandos (502) de corriente CA trifásica; un elemento (518) de cálculo de límite de CMV adaptado para calcular un límite (524) máximo de CMV y un límite (526) mínimo de CMV en base a los comandos (508, 512) instantáneos de tensión máxima y mínima y una de entre una señal (522) de límite global y una señal (586) de límite local: un elemento (528) de cálculo de corriente de NP adaptado para calcular una corriente (538) de NP máxima, una corriente (542) de NP mínima, una CMV (534) máxima correspondiente a la corriente (538) de NP máxima y una CMV (536) mínima correspondiente a la corriente (542) de NP mínima en base, al menos en parte, al límite (524) máximo de CMV y al límite (526) mínimo de CMV; un pre-elemento (544) de cálculo de corriente de NP adaptado para calcular una primera señal (546) de corriente de NP original que fluye desde o al NP (252) CC del enlace (124) de CC en base, al menos en parte, a los comandos (508, 509, 512) instantáneos de tensión máxima, media y mínima y los comandos (514, 515, 516) instantáneos de corriente máxima, media y mínima; una unidad (548) de selección de corriente adaptada para seleccionar una de entre la primera señal (546) de corriente de NP original y una segunda señal (552) de corriente de NP original dependiendo de los diferentes modos de regulación de corriente de NP del sistema (100) de conversión de potencia, en el que la unidad (548) de selección de corriente está configurada para ser operada según una señal (551) de selección de modo para seleccionar la primera señal (546) de corriente de NP original cuando el sistema (100) de conversión de potencia debe operarse bajo un primer modo de regulación de NP en el que la corriente armónica de tercer orden presente en el NP (252) de CC del enlace (124) de CC debería mantenerse, y debe operarse según una señal (551) de selección de modo actualizada para seleccionar la segunda señal (552) de corriente de NP original cuando el sistema (100) de conversión de potencia debe operarse bajo un segundo modo de regulación de NP en el que deben reducirse o eliminarse las fluctuaciones de corriente armónica de tercer orden presentes en el NP (252) de CC del enlace (124) de CC; un elemento (556) de cálculo de corriente de NP de referencia adaptado para calcular una corriente (558) de NP de referencia en base, al menos en parte, a las corrientes (538, 542) de NP máxima y mínima, una señal (584) de ganancia y la señal seleccionada de entre las señales (546, 552) de corriente de NP originales primera y segunda; un regulador (582) de equilibrio de tensión de CC adaptado para generar la señal (584) de ganancia en base, al menos en parte, a una señal (574) de diferencia de tensión de CC en el enlace (124) de CC; y un elemento (562) de cálculo de función inversa adaptado para calcular la señal (564) de CMV en base, al menos en parte, a las corrientes (538, 542) de NP máxima y mínima, las CMVs (534, 536) máxima y mínima y la corriente (558) de NP de referencia.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y procedimiento para una inyección de tensión en modo común unificada
Antecedentes
La invención se refiere, en general, a sistemas y a procedimientos de inyección de tensión en modo común unificada para conseguir múltiples funciones.
Los convertidores de potencia, en particular los convertidores de potencia multinivel, se usan cada vez más para realizar una conversión de potencia en una amplia gama de aplicaciones debido a las ventajas de una forma de onda de calidad de alta potencia y a la capacidad de alta tensión. Por ejemplo, los convertidores de potencia multinivel pueden usarse para realizar una conversión de potencia de CC-a-CA para suministrar de tensiones de CA monofásicas o multifásicas para motores eléctricos en vehículos y/o bombas. Los convertidores multinivel pueden usarse también en sistemas de generación de energía, tales como generadores de turbinas eólicas y generadores solares para realizar una conversión de potencia DC-a-AC para suministrar tensiones de CA monofásicas o multifásicas para su transmisión y distribución a través de la red eléctrica.
Típicamente, los convertidores de potencia están diseñados para regular o controlar diversos parámetros característicos en asociación con la operación de los convertidores de potencia para cumplir ciertos requisitos y/o para garantizar operaciones fiables. Por ejemplo, la tensión y/o la corriente de CA de salida proporcionada desde los convertidores de potencia pueden controlarse de manera que tengan una baja distorsión armónica total (Tota1Harmonic Distortion, THD) ya que las señales con armónicos de alto orden pueden degradar la calidad de la potencia suministrada a la red eléctrica o pueden causar daños a los motores eléctricos. Además, un enlace de CC que consiste en al menos dos condensadores de CC se controla para minimizar la diferencia de tensión entre los dos condensadores de CC para evitar estresar los dispositivos de conmutación y/o la creación de señales con armónicos no deseados. Sin embargo, para conseguir los propósitos de controlar los diversos parámetros característicos, el sistema convencional emplea típicamente diferentes estrategias de control, tales como desplazamiento de fase de portadora para reducir la THD de salida y selección de estado de conmutación por vector espacial para equilibrar las tensiones de CC en el enlace de CC.
El documento US 2011/0141786 describe un sistema de control para un convertidor multinivel que tiene una topología NPC. El sistema de control incluye un regulador de corriente de modo diferencial, un controlador NP y un controlador de PWM para generar impulsos de conmutación para el convertidor multinivel. El regulador de corriente de modo diferencial genera señales de comando de tensión de referencia en base a una diferencia entre las señales de comando de corriente de referencia y las señales de comando de corriente reales, y el controlador NP determina una señal de corriente de punto neutro modificado en respuesta a un desequilibrio de la tensión de enlace de CC. El controlador NP utiliza la señal de corriente de punto neutro modificado para generar una señal de tensión de referencia de modo común. Los impulsos de conmutación son generados por el controlador de PWM en base a las señales de comando de tensión de referencia y la señal de tensión de referencia de modo común.
TALLAM RM ET AL: "A carrier-based PWM scheme for neutral point voltage balancing in three-level inverters", 2004 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, APEC 04, IEEE, Anaheim, CA, USA, vol. 3, 22 de Febrero de 2004, páginas 1675-1681 describe una técnica de equilibrado de la tensión de condensador para un inversor de tres niveles con punto neutro enclavado (Neutral Point Clamped, NPC).
El documento EP 2597768 describe un sistema de control de convertidor NPC y un procedimiento de control. Se inyecta una señal de compensación para equilibrar la tensión de punto neutro (Neutral Point, NP).
El documento US 2013/0044526 describe un inversor con una topología de punto neutro pilotado (Neutral Point Piloted, NPP) en el que la corriente promedio a través de los condensadores flotantes es cero durante un período de equilibrio, por ejemplo, el semiperiodo de la tensión de CA o el período de conmutación.
Descripción breve
Según la presente invención, se proporciona un sistema de conversión de potencia según la reivindicación 1.
Según la presente invención proporciona además un procedimiento para operar un sistema de conversión de potencia según la reivindicación 2.
Dibujos
Estas y otras características, aspectos, y ventajas de la presente invención se comprenderán mejor cuando la siguiente descripción detallada se lea con referencia a los dibujos adjuntos en los que los caracteres similares representan partes similares a lo largo de los dibujos, en los que:
La Fig. 1 es un diagrama de bloques de un sistema de conversión de potencia configurado para implementar un algoritmo/procedimiento de inyección de tensión en modo común unificada según la presente invención;
La Fig. 2 es un diagrama de circuito detallado de un convertidor que tiene una configuración anidada de punto neutro pilotado que puede usarse en el sistema de conversión de potencia mostrado en la Fig. 1 según la presente invención;
La Fig. 3 es un diagrama de circuito detallado de un convertidor que tiene otra configuración anidada de punto neutro pilotado que puede usarse en el sistema de conversión de potencia mostrado en la Fig. 1 según la presente invención;
La Fig. 4 es un diagrama de circuito detallado de un convertidor que tiene otra configuración anidada de punto neutro pilotado que puede usarse en el sistema de conversión de potencia mostrado en la Fig. 1 según la presente invención;
La Fig. 5 es un diagrama de circuito detallado de un convertidor que tiene otra configuración anidada de punto neutro pilotado que puede usarse en el sistema de conversión de potencia mostrado en la Fig. 1 según la presente invención;
La Fig. 6 es un diagrama de bloques de un módulo de inyección de tensión en modo común unificada según la presente invención;
La Fig. 7 es un diagrama de bloques de un módulo de inyección de tensión en modo común unificada según la presente invención;
La Fig. 8 es un diagrama de bloques de un módulo de inyección de tensión en modo común unificada según la presente invención;
La Fig. 9 es un diagrama de bloques que ilustra estructuras detalladas de un segundo módulo de inyección de CMV mostrado en las Figs. 6-8 según la presente invención;
La Fig. 10 es un diagrama de bloques que ilustra estructuras detalladas de un segundo módulo de inyección de CMV alternativo mostrado en las Figs. 6-8 según la presente invención;
La Fig. 11 ilustra límites locales que pueden tenerse en cuenta al modificar las formas de onda de modulación mediante inyección de una tensión en modo común según la presente invención; y
La Fig. 12 es un diagrama de flujo de un procedimiento de inyección de tensión en modo común unificada según la presente invención.
Descripción detallada
A menos que se defina lo contrario, los términos técnicos y científicos usados en la presente memoria tienen el mismo significado que normalmente entendería una persona con conocimientos ordinarios en la materia a la que pertenece la presente descripción. Los términos "primero", "segundo" y similares, tal como se usan en la presente memoria no indican ningún orden, cantidad o importancia, sino que se usan más bien para distinguir un elemento de otro. Además, los términos "un" y "una" no indican una limitación de cantidad, sino que indican más bien la presencia de al menos uno de los elementos a los que se hace referencia. El término "o" pretende ser inclusivo y significa cualquiera, varios o todos los elementos enumerados. El uso de "que incluye", "que comprende" o "que tiene" y variantes de los mismos en la presente memoria abarca los elementos enumerados posteriormente y sus equivalentes, así como elementos adicionales. Los términos "conectado" y "acoplado" no están restringidos a conexiones o acoplamientos físicos o mecánicos, y pueden incluir conexiones o acoplamientos eléctricos, directos o indirectos. Además, los términos "circuito" y "circuitería" y "controlador” puede incluir un único componente o múltiples componentes, que son activos y/o pasivos y pueden estar opcionalmente conectados o si no acoplados entre sí para proporcionar la función descrita.
La Fig. 1 es un diagrama de bloques de un sistema 100 de conversión de potencia según la presente invención. El sistema 100 de conversión de potencia puede ser cualquier sistema basado en convertidor apropiado que pueda configurarse para implementar el algoritmo/procedimiento de inyección de tensión en modo común unificada tal como se describe en la presente memoria. El sistema 100 de conversión de potencia puede ser un sistema basado en convertidor multinivel adecuado para aplicaciones de alta potencia y alta tensión.
Tal como se ilustra en la Fig. 1, el sistema 100 de conversión de potencia incluye un dispositivo 120 de conversión de potencia y un dispositivo 140 de control acoplado en comunicación con el dispositivo 120 de conversión de potencia. El dispositivo 140 de control está dispuesto para estar en comunicación con el dispositivo 120 de conversión de potencia y puede transmitir señales 106 de control al dispositivo 120 de conversión de potencia a través de uno o más enlaces o cables eléctricos, por ejemplo. El dispositivo 140 de control puede estar en comunicación óptica con el dispositivo 120 de conversión de potencia y puede transmitir las señales 106 de control al dispositivo 120 de conversión de potencia a través de un enlace de comunicación óptica, tal como una o más fibras ópticas, por ejemplo. El dispositivo 140 de control puede estar integrado en el interior del dispositivo 120 de conversión de potencia. El dispositivo 140 de control puede incluir cualquier circuito o dispositivo programable adecuado, como un procesador de señales digitales (Digital Signal Processor, DSP), una matriz de puertas programables por campo (Field Programmable Gate Array, FPGA), un controlador lógico programable (Programmable Logic Controller, PLC) y un circuito integrado específico de la aplicación (Application Specific Integrated Circuit, ASIC). El dispositivo 120 de conversión de potencia puede operarse para realizar una conversión de potencia unidireccional o bidireccional entre un primer dispositivo 110 de potencia y un segundo dispositivo 130 de potencia en respuesta a las señales 106 de control transmitidas desde el dispositivo 140 de control.
Tal como se muestra en la Fig. 1, el dispositivo 120 de conversión de potencia puede incluir un primer convertidor 122, un enlace 124 de CC y un segundo convertidor 126. El primer convertidor 122 puede ser un convertidor de CA-CC (conocido también como rectificador) que está configurado para convertir la primera potencia 102 eléctrica (por ejemplo, la primera potencia eléctrica de CA) proporcionada desde el primer dispositivo 110 de potencia (por ejemplo, la red eléctrica) a potencia 123 eléctrica de CC (por ejemplo, tensión de CC). El enlace 124 de CC puede incluir uno o más condensadores acoplados en serie y/o en paralelo. El enlace 124 de CC está configurado para eliminar el rizado de la primera tensión 123 de CC y suministrar la segunda tensión 125 de CC al segundo convertidor 126. El segundo convertidor 126 puede ser un convertidor de CC-CA (conocido también como inversor) que está configurado para convertir la segunda tensión 125 de CC a una segunda tensión 104 de CA, y para suministrar la segunda tensión 104 de CA al segundo dispositivo 130 de potencia (por ejemplo, motor eléctrico de CA) o a una red de potencia, tal como una carga y/o una red de suministro (no mostrada). Aunque no se ilustra en la Fig. 1, el sistema 100 de conversión de potencia puede incluir uno o más de otros dispositivos y componentes. Por ejemplo, pueden colocarse uno o más filtros y/o disyuntores entre el primer dispositivo 110 de potencia y el dispositivo 120 de conversión de potencia. Además, pueden colocarse uno o más filtros y/o disyuntores entre el dispositivo 120 de conversión de potencia y el segundo dispositivo 130 de potencia.
El sistema 100 de conversión de potencia ilustrado en la Fig. 1 puede usarse en una diversidad de aplicaciones, por ejemplo, en un accionamiento de motor para accionar motores, tales como motores de CA. El sistema 100 de conversión de potencia puede usarse también en sistemas de generación de energía eólica, sistemas de generación de energía solar/fotovoltaica, sistemas de generación de energía hidroeléctrica y cualquier combinación de los mismos. El sistema 100 de conversión de potencia puede usarse también en áreas en las que es deseable usar un sistema de energía ininterrumpible/ininterrumpida (Uninterruptible/uninterrupted Power System, UPS) para mantener un suministro de energía continuo. El primer convertidor 122 puede ser un convertidor de CA-CC que está configurado para convertir una primera energía eléctrica de CA proporcionada desde el primer dispositivo 110 de potencia (por ejemplo, red eléctrica) a energía eléctrica de CC. El sistema 100 de conversión de potencia puede incluir también un dispositivo 127 de almacenamiento de energía que está configurado para recibir y almacenar la energía eléctrica de CC proporcionada desde el primer convertidor 122. El segundo convertidor 126 puede ser un convertidor de CC-CA que está configurado para convertir la energía eléctrica de CC proporcionada desde el primer convertidor 122 o la energía eléctrica de CC obtenida desde el dispositivo 127 de almacenamiento de energía a una segunda energía eléctrica de CA, y para suministrar la segunda energía eléctrica de CA al segundo dispositivo 130 de energía (por ejemplo, una carga).
Tal como se ilustra en la Fig. 1, el dispositivo 140 de control del sistema 100 de conversión de potencia puede incluir un módulo 28 de inyección de CMV unificado que puede implementarse como software, hardware o una combinación de los mismos para conseguir múltiples funciones en asociación con la operación del sistema 100 de conversión de potencia.
La Fig. 2 ilustra un diagrama de circuito detallado de un convertidor 200 de potencia monofásico que está dispuesto particularmente para tener una topología anidada de punto neutro pilotado (NPP). En una configuración particular, el convertidor 200 de potencia está dispuesto para proporcionar una salida de cinco niveles. El convertidor 200 de potencia puede disponerse de maneras similares para proporcionar una salida de nivel 2n-1, y n es igual o mayor de tres. El convertidor 200 de potencia monofásico puede implementarse como una fase del segundo convertidor de potencia o inversor 126 mostrado en la Fig. 1 para convertir las tensiones de CC en tensiones de CA. El convertidor 200 de potencia monofásico puede implementarse también como una fase del primer convertidor o rectificador 122 mostrado en la Fig. 1 para convertir las tensiones de CA en tensiones de CC.
Tal como se ilustra en la Fig. 2, el convertidor 200 de potencia monofásico incluye cuatro unidades 210, 220, 230, 240 de conmutación acopladas en serie para formar un brazo 264 longitudinal. Cada una de las cuatro unidades 210, 220, 230, 240 de conmutación incluye dos dispositivos de conmutación conectados, cabeza con cola, de manera que los dispositivos de conmutación de semiconductores con capacidad para baja tensión puedan usarse para compartir de manera sustancialmente homogénea la tensión aplicada desde un rail 206 positivo y un carril 208 negativo. El carril 206 positivo y el carril 208 negativo están acoplados eléctricamente a un primer puerto 202 y un segundo puerto 204, respectivamente, para recibir la tensión de entrada desde una fuente de alimentación (no mostrada). Más específicamente, un terminal emisor de un primer dispositivo 212 de conmutación está conectado a un terminal de colector de un segundo dispositivo 214 de conmutación. De manera alternativa, cada una de las unidades 210, 220, 230, 240 de conmutación puede incluir cualquier número de dispositivos de conmutación conectados en serie según los requisitos prácticos.
El convertidor 200 de potencia monofásico incluye también dos unidades 250, 260 de conmutación acopladas en serie para formar un brazo 266 transversal. Cada una de las dos unidades 250, 260 de conmutación incluye dos dispositivos de conmutación conectados en serie, cabeza-con-cabeza o espalda-con-espalda. Por ejemplo, dos dispositivos 236, 238 de conmutación tienen sus terminales de emisor conectados entre sí, y otros dos dispositivos 232, 234 de conmutación tienen sus terminales de colector conectados entre sí. Además, cada uno de los dispositivos 232, 234, 236, 238 de conmutación en las dos unidades 250, 260 de conmutación puede sustituirse con más de dos dispositivos de conmutación conectados en serie para permitir el uso de dispositivos de conmutación con capacidad para baja tensión en el brazo 266 transversal.
Con referencia además a la Fig. 2, el convertidor 200 monofásico está acoplado a un enlace 270 de CC mediante el carril 206 positivo y el carril 208 negativo. El enlace 270 de CC incluye un primer condensador 242 y un segundo condensador 244 acoplados en serie entre el carril 206 positivo y el carril 208 negativo. Los condensadores 206, 208 primero y segundo están conectados comúnmente para definir un punto neutro o punto 252 medio que está conectado además a un terminal del brazo 266 transversal. Tal como se describirá más detalladamente a continuación, la tensión en el punto neutro o punto 252 medio puede controlarse implementando el algoritmo/procedimiento de inyección de CMV unificado propuesto para al menos conseguir la función de equilibrado de tensión de enlace de CC. El convertidor 200 monofásico incluye también un primer condensador 246 flotante y un segundo condensador 248 flotante. Un terminal del primer condensador 246 flotante está conectado a una conexión 254 definida entre la primera unidad 210 de conmutación y la segunda unidad 220 de conmutación, y el otro terminal del primer condensador 246 flotante está conectado a una conexión 256 definida entre las dos unidades 250, 260 de conmutación. Un terminal del segundo condensador 248 flotante está conectado a la conexión 256, y el otro terminal del segundo condensador 248 flotante está conectado a una conexión 258 definida entre la tercera unidad 230 de conmutación y la cuarta unidad 240 de conmutación. Tal como se describirá más detalladamente a continuación, las tensiones en los condensadores 246, 248 flotantes primero y segundo pueden controlarse o equilibrarse también implementando el algoritmo/procedimiento de inyección de CMV unificado propuesto.
Durante la operación, los múltiples dispositivos de conmutación en el brazo 264 longitudinal y el brazo 266 transversal se pueden activarse y desactivarse de manera selectiva en un patrón de conmutación predefinido para proporcionar diferentes niveles en el terminal 262 de salida, por ejemplo, “2”, “1”, “0”, “-1”, “0”, cada uno de los cuales puede corresponder a un nivel de tensión de salida diferente. Por ejemplo, cuando se desea que el convertidor 200 de potencia monofásico proporcione una tensión de salida de nivel "2", los dispositivos 212, 214, 216, 218, 232, 236 de conmutación se activan y los dispositivos 222, 224, 226, 228, 234, 238 de conmutación se desactivan. De esta manera, la corriente fluye a lo largo de una trayectoria formada por el carril 206 positivo, los dispositivos 212, 214, 216, 218 de conmutación, y llega al terminal 262 de salida. Hay dos opciones cuando se desea que el convertidor 200 de potencia monofásico proporcione una tensión de salida de nivel "1" en el terminal 258 de salida. Una opción es activar los dispositivos 212, 214, 234, 236 de conmutación, mientras se desactivan los dispositivos 212, 214, 232, 238, 222, 224, 226, 228 de conmutación. En este caso, la corriente fluye a lo largo de una trayectoria formada por el carril 206 positivo, los dos dispositivos 212, 214 de conmutación, el primer condensador 246 flotante, el dispositivo 236 de conmutación, un diodo antiparalelo en asociación con el dispositivo 238 de conmutación, y llega al terminal 262 de salida. Otra opción es activar los dispositivos 216, 218, 232, 234 de conmutación, mientras se desactivan los dispositivos 222, 224, 226, 228 de conmutación. De esta manera, la corriente puede fluir a lo largo de una trayectoria formada por un diodo antiparalelo en asociación con el dispositivo 232 de conmutación, el dispositivo 234 de conmutación, el primer condensador 246 flotante, los dos dispositivos 216, 218 de conmutación, y llega al terminal 262 de salida. Debido a la redundancia de la trayectoria de corriente o del patrón de conmutación, los diversos dispositivos de conmutación del convertidor 200 monofásico pueden controlarse de manera estratégica para cargar o descargar los condensadores 246, 248 flotantes primero y segundos con el propósito de equilibrado.
La Fig. 3 ilustra un diagrama de circuito detallado de otro convertidor 300 monofásico que puede usarse en el dispositivo 120 de conversión de potencia mostrado en la Fig. 1. En una configuración particular, el convertidor 300 monofásico puede implementarse como el primer convertidor o rectificador 122 para convertir las tensiones de CA en tensiones CC. El convertidor 300 monofásico mostrado en la Fig. 3 es sustancialmente el mismo que el convertidor 200 monofásico mostrado en la Fig. 2, de esta manera, los elementos similares no se describirán en detalle en la presente memoria. Una diferencia del convertidor 300 monofásico es que cada una de las cuatro unidades 310, 320, 330, 340 de conmutación emplea dos dispositivos pasivos o incontrolables, tales como diodos acoplados en serie, para reemplazar los dispositivos de conmutación controlables, tales como los mostrados en la Fig. 2.
Más específicamente, en el convertidor monofásico de la Fig. 3, la primera unidad 310 de conmutación incluye dos diodos 312, 314 acoplados en serie, la segunda unidad 320 de conmutación incluye dos diodos 316, 318 acoplados en serie, la tercera unidad 330 de conmutación incluye dos diodos 322, 324 acoplados en serie y la cuarta unidad 340 de conmutación incluye dos diodos 326, 328 acoplados en serie. Pueden acoplar cualquier número de diodos en serie en cada una de las unidades 310, 320, 330, 340 de conmutación para compartir las tensiones de CC.
La Fig. 4 ilustra un diagrama de circuito detallado de un convertidor 350 de potencia NPP anidado de tres niveles que puede usarse en el sistema de conversión de potencia mostrado en la Fig. 1. El convertidor 350 de potencia de tres niveles puede controlarse mediante la implementación del algoritmo y/o del procedimiento de inyección de CMV unificado propuesto, tal como se describirá más detalladamente a continuación. Tal como se muestra en la Fig. 4, el convertidor 350 de potencia de tres niveles puede incluir un enlace 360 de CC que comprende un primer condensador 362 y un segundo condensador 364. Los condensadores 362, 364 primero y segundo están conectados entre sí para formar un punto 363 neutro o medio. Los convertidores 350 de potencia de tres niveles incluye también un brazo 366 longitudinal y un brazo transversal 364. El brazo 366 longitudinal se forma conectando una primera unidad 370 de conmutación y una segunda unidad 380 de conmutación en serie entre un carril 354 positivo y un carril 356 negativo. La primera unidad 370 de conmutación incluye, conectados en serie, un primer dispositivo 372 de conmutación y un segundo dispositivo 374 de conmutación, y la segunda unidad 380 de conmutación incluye, conectados en serie, un tercer dispositivo 376 de conmutación y un cuarto dispositivo 378 de conmutación. De manera alternativa, las unidades 370, 380 de conmutación primera y segunda pueden incluir más de dos dispositivos de conmutación según los requisitos prácticos. El brazo 368 transversal incluye una unidad 390 de conmutación que incluye un quinto dispositivo 382 de conmutación y un sexto dispositivo 384 de conmutación, que están conectados, espalda-con-espalda entre el punto 363 neutro y un puerto 375 de salida. Durante la operación, los diversos los dispositivos 372, 374, 376, 378, 382, 384 de conmutación se activan y se desactivan en un patrón de conmutación predefinido para permitir que la tensión de CC recibida en dos puertos 353, 355 de entrada sea convertida a una tensión de CA en el puerto 375 de salida.
En la Fig. 5 se ilustra un diagrama de circuito detallado de un convertidor 351 de potencia NPP anidado de tres niveles que puede usarse en el sistema de conversión de potencia mostrado en la Fig. 1. El convertidor 351 de potencia de tres niveles puede controlarse también mediante la implementación del algoritmo y/o del procedimiento de inyección de CMV unificado propuesto, tal como se describirá más detalladamente a continuación. El convertidor 351 de potencia de tres niveles mostrado en la Fig. 5 es sustancialmente similar al convertidor 350 de potencia de tres niveles mostrado en la Fig. 4. Una diferencia del convertidor 351 de potencia de tres niveles es que en la primera unidad 370 de conmutación incluye dos dispositivos de conmutación pasivos o incontrolables (por ejemplo, diodos) 386, 388, y la segunda unidad 380 de conmutación incluye dos dispositivos 392, 394 de conmutación pasivos o incontrolables (por ejemplo, diodos). De manera alternativa, las unidades 370, 380 de conmutación primera y segunda pueden incluir más de dos dispositivos de conmutación pasivos o incontrolables.
Debería entenderse que la topología NPP anidada multinivel mostrada en las Figs. 2-5 tienen solo propósitos ilustrativos para facilitar la explicación del algoritmo/procedimiento de inyección de CMV unificado y que los principios descritos en la presente memoria pueden extenderse a otros convertidores multinivel, incluyendo, pero sin limitarse a, una topología de punto neutro enclavado, una topología de punto neutro activo enclavado, etc.
La Fig. 6 ilustra un diagrama de bloques de un módulo 400 de inyección de tensión en modo común (CMV) unificada que puede ser implementado por el dispositivo 140 de control mostrado en la Fig. 1 para conseguir múltiples funciones en asociación con la operación del sistema 100 de conversión de potencia. Tal como se ilustra en la Fig. 6, el módulo 400 de inyección de CMV unificado incluye un primer módulo 402 de inyección de CMV y un segundo módulo 404 de inyección de CMV. En la presente invención, el módulo 400 de inyección de CMV unificado puede implementarse sin el primer módulo 402 de inyección de CMV. El primer módulo 402 de inyección de CMV está configurado para inyectar una primera señal 406 CMV que se usa para modificar al menos un comando 422 de tensión para conseguir al menos una primera función en asociación con la operación del sistema 100 de conversión de potencia. El al menos un comando 422 de tensión incluye comandos de tensión trifásica que se generan transformando los comandos 416 de tensión desde el dominio d-q al dominio trifásico usando una unidad 418 de transformación. El primer módulo 402 de inyección de CMV puede estar configurado para generar la primera señal 406 CMV a través un cálculo mín-máx. Más específicamente, el primer módulo 402 de inyección de CMV puede estar configurado para generar la primera señal 406 CMV usando la siguiente ecuación:
_ m ax(it(lrajljlljC)+m i
Figure imgf000006_0001
l i o — ------------------------- ------
en la que u0 es la primera señal de CMV, max(udm,a,b,c) representa una tensión máxima instantánea identificada a partir de tensiones trifásicas, y min(udm,a,b,c) representa la tensión mínima instantánea identificada a partir de tensiones trifásicas. De manera alternativa, el primer módulo 402 de inyección de CMV puede estar configurado para generar una señal armónica pura de tercer orden que tiene tres veces la frecuencia fundamental. La inyección de la primera señal 406 CMV en el cálculo mín-máx o disponer de una señal armónica pura de tercer orden puede aumentar la utilización de la tensión de CC y puede reducir la distorsión armónica total en la salida del segundo convertidor 126 de potencia. La primera señal 406 CMV se combina con la cada uno de los comandos 422 de tensión trifásica en un primer elemento 412 sumador que proporciona, de manera correspondiente, los primeros comandos 424 de tensión trifásica modificados.
Con referencia adicional a la Fig. 6, el segundo módulo 404 de inyección de CMV está configurado para generar una segunda señal 408 CMV que se usa para modificar al menos un comando de tensión. La segunda señal 408 CMV puede generarse según los comandos 422 de tensión trifásica proporcionados desde la unidad 418 de transformación. De manera alternativa, por ejemplo, tal como se muestra en la Fig. 7, la segunda señal 408 CMV puede generarse según los primeros comandos 424 de tensión trifásica modificados proporcionados desde el primer elemento 412 sumador. En la Fig. 6, la segunda señal 408 CMV se suministra a una segunda unidad 414 sumadora que combina la segunda señal 408 CMV con los primeros comandos 424 de tensión trifásica modificados y proporciona unos segundos comandos 426 de tensión modificados. De manera alternativa, la segunda señal 408 CMV puede usarse directamente para modificar los comandos 422 de tensión trifásica proporcionados desde la unidad 418 de transformación. Por ejemplo, tal como se muestra en la Fig. 8, la segunda señal 408 CMV y la primera señal 406 CMV se suministran en común a una unidad 434 sumadora que combina las señales 406, 408 CMV primera, segunda con los comandos 422 de tensión trifásica y proporciona de manera correspondiente señales 436 de comando modificadas. En la Fig. 6, los segundos comandos 426 de tensión modificados se suministran a un modulador 428 que está configurado para generar señales 432 de control para activar y desactivar los diversos dispositivos de conmutación en el segundo convertidor 126.
La Fig. 9 es un diagrama de bloques que ilustra estructuras detalladas de un módulo 500 de inyección de CMV según la presente descripción. El módulo 500 de inyección de CMV puede implementarse como el segundo módulo 404 CMV mostrado en las Figs. 6-7 para realizar modificaciones adicionales al por lo menos un comando 424 de tensión que ha sido modificado por la primera señal 406 CMV. El módulo 500 de inyección de CMV puede implementarse independientemente como el segundo módulo 404 CMV mostrado en la Fig. 8 para modificar directamente el al menos un comando 422 de tensión para conseguir equilibrar la tensión en el enlace de CC.
En la Fig. 9, el módulo 500 de inyección de CMV incluye un clasificador 506 mín-máx, un elemento 518 de cálculo de límite CMV, un elemento 528 de cálculo de corriente de punto neutro (NP), un pre-elemento 544 de cálculo de corriente de NP, un elemento 556 de cálculo de corriente de NP de referencia, un elemento 562 de cálculo de función inversa y un regulador 582 de equilibrio de tensión de CC.
El clasificador 506 mín-máx está configurado para recibir comandos de tensión, tales como comandos 504 de tensión de CA trifásica. El clasificador 506 mín-máx está configurado además para identificar un comando 508 de tensión máxima, un comando 509 de tensión media y un comando 512 de tensión mínima en cualquier instante a partir de los comandos 504 de tensión de CA trifásica. El mismo clasificador 506 mín-máx, o un clasificador mín-máx diferente, está configurado para recibir comandos 502 de corriente CA trifásica e identificar un comando 516 de corriente máxima, un comando 515 de corriente media y un comando 514 de corriente mínima en cualquier instante a partir de los comandos 502 de corriente CA trifásica.
El comando 508 de tensión máxima instantánea y el comando 512 de tensión mínima instantánea se suministran al elemento 518 de cálculo de límite CMV que está configurado para calcular un límite 524 máximo de CMV y un límite 526 mínimo de CMV según uno o más criterios. El elemento 518 de cálculo de límite CMV genera los límites 524, 526 máximo y mínimo de CMV según una o más señales 522 de límite globales, por ejemplo, una o más tensiones de CC medidas desde el enlace 124 de CC. El límite 524 máximo de CMV se establece para garantizar que la señal de comando de tensión modificada no alcance ni supere una tensión de CC superior, y el límite 526 mínimo de CMV es para garantizar que la señal de comando de tensión modificada no alcance o caiga por debajo de una tensión de CC inferior. Uno cualquiera o ambos límites 524, 526 máximo y mínimo de CMV se establecen para garantizar que uno o más comandos de tensión después de la inyección de CMV no cambien de signo (por ejemplo, desde positivo a negativo o desde negativo a positivo).
El límite 524 máximo de CMV y el límite 526 mínimo de CMV se suministran al elemento 528 de cálculo de corriente de NP que está configurado para calcular las señales de corriente de NP después de la inyección de CMV en base al menos en parte a los límites 524, 526 máximo y mínimo de CMV. El cálculo podría realizarse en línea o fuera de línea. El elemento 528 de cálculo de corriente de NP puede calcular las corrientes 538, 542 de NP máxima y mínima de manera numérica. Por ejemplo, el elemento 528 de cálculo de corriente de NP calcula todas las corrientes NP para todos los posibles CMVs definidos entre el límite 524 máximo de CMV y el límite 526 mínimo de CMV. A continuación, pueden identificarse una corriente 538 de NP máxima y una corriente 542 de NP mínima analizando todas las corrientes de NP calculadas. Además, pueden obtenerse un CMV 534 máximo correspondiente a la corriente 538 de NP máxima y un CMV 536 mínimo correspondiente a la corriente 542 de NP mínima.
El elemento 528 de cálculo de corriente de NP puede calcular la corriente 538 de NP máxima y la corriente 542 de NP mínima de una manera analítica. Por ejemplo, pueden usarse una o más ecuaciones lineales para el cálculo de las corrientes 538, 542 de NP máxima y mínima. Las corrientes 538, 542 de NP máxima y mínima se calculan en base, al menos en parte, al límite 524 máximo de CMV, el límite 526 mínimo de CMV y los comandos 502 de corriente CA trifásica. En lugar de usar los comandos 502 de corriente CA trifásica para el cálculo, el elemento 528 de cálculo de corriente de NP puede calcular la corriente 538 de NP máxima y la corriente 542 de NP mínima en base, al menos en parte, al límite 524 máximo de CMV, el límite 526 mínimo de CMV y las señales 532 de corriente de retroalimentación trifásicas (mostradas en línea discontinua) medidas con uno o más sensores de corriente en la salida del segundo convertidor 126.
Opcionalmente, el elemento 528 de cálculo de corriente de NP puede estar configurado para generar las corrientes 538, 542 de NP máxima y mínima y los CMVs 534, 536 máximo y mínimo correspondientes en base, al menos en parte, a una o más señales 533 de estado de conmutación (mostradas en línea discontinua). En algunos casos, para una corriente de NP máxima o mínima particular, pueden existir dos o más CMVs, y cada CMV puede corresponder a un estado de conmutación particular. Tal como se usa en la presente memoria, "estado de conmutación" se refiere a los estados ACTIVADO y/o DESACTIVADO de todos los dispositivos de conmutación en un convertidor de potencia en un instante. En vista de esta redundancia de estado de conmutación, uno de los dos o más CMVs puede generarse según un estado de conmutación deseado en el que debería operarse el convertidor de potencia para conseguir ciertas funciones, tales como la reducción del estrés debido a la tensión en los condensadores flotantes.
Con referencia además a la Fig. 9, la corriente 538 de NP máxima y la corriente 542 de NP mínima se suministran al elemento 556 de cálculo de corriente de NP de referencia que está configurado para calcular una corriente 558 de NP de referencia en base, al menos en parte, a una corriente 554 de NP original, una señal 584 de ganancia y las corrientes 538, 542 de NP máxima y mínima. La corriente 558 de NP de referencia representa una corriente deseada que fluye a o desde el punto 252 neutro en el enlace 270 de CC. La corriente 554 de NP original se proporciona desde una unidad 548 de selección de corriente que selecciona una de entre una primera señal 546 de corriente original y una segunda señal 552 de corriente de NP original dependiendo de los diferentes modos de regulación de corriente de NP con los que debería operarse el sistema 100 de conversión de potencia. Más específicamente, cuando se desea operar el sistema 100 de conversión de potencia bajo un primer modo de regulación de corriente de NP en el que debería mantenerse la corriente armónica de tercer orden presente en el punto 252 neutro del enlace 270 de CC, la unidad 548 de selección de corriente es operada según una señal 551 de selección de modo para permitir que la primera corriente 546 de NP original sea suministrada al elemento 556 de cálculo de corriente de NP de referencia. Por otra parte, cuando se desea operar el sistema 100 de conversión de potencia bajo un segundo modo de regulación de corriente de NP en el que deberían reducirse o eliminarse las fluctuaciones de corriente armónica de tercer orden en el punto 252 neutro del enlace 270 de CC, la unidad 548 de selección de corriente se opera según una señal 551 de selección de modo actualizada para permitir que la segunda corriente 552 de NP original (por ejemplo, una señal de corriente cero) sea suministrada al elemento 556 de cálculo de corriente de NP de referencia.
La primera corriente 546 de NP original es calculada por el pre-elemento 544 de cálculo de corriente de NP en base al menos en parte a los comandos 508, 509, 512 instantáneos de tensión máxima, medio y mínimo y los comandos 516, 515, 514 instantáneos de corriente máxima, media y mínima. Más específicamente, el pre-elemento 544 de cálculo de corriente de NP puede calcular la primera corriente 546 de NP original usando la siguiente ecuación:
Figure imgf000008_0002
en la que inp,org es la primera corriente de NP original, umax, umid, umin son las tensiones instantáneas máxima, media y mínima, respectivamente, iumax, iumid, iumin son la corriente instantánea máxima, media y mínima, respectivamente, u d c p es la tensión de CC en el primer condensador del enlace de CC, u d c m es la tensión de CC en el segundo condensador del enlace de CC.
La señal 584 de ganancia se genera a partir de un regulador 582 de equilibrio de tensión de CC que puede ser, por ejemplo, un regulador proporcional-integral (Proportional-Integral, PI). El regulador 582 de equilibrio de tensión de CC recibe una señal 578 de error de tensión que se genera a partir de un elemento 576 sumador restando una señal 574 de diferencia de tensión de CC de una señal 572 de comando de tensión de CC nula. La señal 574 de diferencia de tensión de CC representa una diferencia de tensión entre el primer condensador 242 y el segundo condensador 244 del enlace 270 de CC. La señal 572 de comando de tensión de CC nula se establece para indicar que la diferencia de tensión de CC deseada entre los dos condensadores debería ser cero.
Con referencia además a la Fig. 9, cuando el convertidor de potencia se opera en un primer modo de regulación de NP, en el que debería mantenerse la corriente armónica de tercer orden, el elemento 556 de cálculo de corriente de NP de referencia está configurado para generar la señal 558 de corriente de NP de referencia usando la siguiente ecuación:
Figure imgf000008_0001
(3).
en la que inp,mod es la señal de corriente de NP de referencia, inp.org es la primera señal de corriente de NP original, g es la señal de ganancia, inp,max es la corriente de NP máxima, e inp,min es la corriente de NP mínima.
Cuando el convertidor de potencia se opera en un segundo modo de regulación de corriente de NP, en el que el desequilibrio de CA presente en el punto neutro del enlace de CC debería reducirse para eliminar las fluctuaciones de corriente armónicas de tercer orden, el elemento 556 de cálculo de corriente de NP de referencia puede estar configurado para calcular la señal 558 de corriente de NP de referencia usando la siguiente ecuación:
f inp.org (1 ~ d') + inp.max ' 9 para 9 0
inp.mod = j inp.org Para 9 = 0 (4),
l V o r / 0 9 ) + i-np.mín " \d\ Pa™ 9 < 0
en la que inp,mod es la señal de corriente de NP de referencia, inp,org* es la segunda señal de corriente de NP original, g es la señal de ganancia, inp,max. es la corriente de NP máxima e inp,min es la corriente de NP mínima.
Con referencia continuada a la Fig. 9, la señal 558 de corriente de NP de referencia calculada con el elemento 556 de cálculo de corriente de NP de referencia se suministra además al elemento 562 de cálculo de función inversa. El elemento 562 de cálculo de función inversa está configurado para calcular la señal 564 CMV en base al menos en parte a la señal 558 de corriente de NP de referencia, las corrientes 538, 542 de NP máxima y mínima, y las CMVs 534, 536 máximas y mínimas correspondientes a las corrientes 538, 542 de NP máxima y mínima. El elemento 562 de cálculo de función inversa puede usar una o más ecuaciones lineales definidas entre la corriente de NP y la CMV para el cálculo de la señal de CMV deseada. El elemento 562 de cálculo de función inversa puede obtener la señal de CMV haciendo referencia a una tabla de búsqueda. La señal 564 CMV se suministra a un elemento 566 sumador que proporciona una o más señales de comando de tensión modificadas o señales 568 de modulación combinando la señal 564 CMV con las una o más señales 504 de comando de tensión. Las una o más señales de comando de tensión modificadas o señales 568 de modulación se suministran al modulador 428 mostrado en las Figs. 6-8 para conseguir la función de equilibrado de las tensiones de CC en los condensadores 242, 244 de CC del enlace 270 de CC.
La Fig. 10 es un diagrama de bloques que ilustra estructuras detalladas de un segundo módulo 600 de inyección de CMV. El segundo módulo 600 de inyección de CMV puede implementarse también como el segundo módulo 404 de inyección de CMV mostrado en las Figs. 6-8. El módulo 600 de inyección de CMV mostrado en la Fig. 10 es sustancialmente similar al módulo de inyección de CMV mostrado en la Fig. 9, de esta manera, no se describirán en detalle los elementos del módulo 600 de inyección de CMV mostrado en la Fig. 10 que son similares a los mostrados en la Fig. 9. Una de las diferencias del módulo 600 de inyección de CMV mostrado en la Fig. 10 es que, de manera opcional o adicional, el elemento 518 de cálculo de límite CMV está configurado para calcular el límite 524 máximo de CMV y el límite 526 mínimo de CMV en base, al menos en parte, a uno o más límites 586 locales. Los uno o más límites 586 locales pueden incluir una tensión de banda portadora. Tal como se muestra en la Fig. 11, una primera señal 612 de onda portadora está situada en el interior de una primera tensión 622 de banda portadora definida por un primer nivel 632 de tensión y un segundo nivel 634 de tensión, una segunda señal 614 de onda portadora está situada en el interior de una segunda tensión 624 de banda portadora definida por el segundo nivel 634 de tensión y un tercer nivel 636 de tensión, una tercera señal 616 de onda portadora está situada en el interior de una tercera tensión 626 de banda portadora definida por el tercer nivel 636 de tensión y un cuarto nivel 638 de tensión, y una cuarta señal 618 de onda portadora está situada en el interior de una cuarta tensión 628 de banda portadora definida por el cuarto nivel 638 de tensión y un quinto nivel 642 de tensión. En un primer instante t0 , el límite 586 local se establece para garantizar que las señales 610, 620, 630 de modulación de tensión trifásicas modificadas por la señal de CMV estarán incluidas en las tensiones 622, 626, 628 de banda portadora primera, tercera y cuarta respectivas. De manera similar, en el segundo instante t1, el límite 586 local se establece para garantizar que las señales 610 de modulación de tensión trifásicas modificadas por la señal de CMV estarán incluidas en las tensiones 622, 626 y 628 de banda portadora respectivas.
Con referencia además a la Fig. 10, la aplicación de los límites locales a los comandos de tensión trifásica en cualquier instante puede generar tres límites máximos de CMV diferentes y tres límites mínimos de CMV diferentes. En este caso, el límite 524 máximo de CMV puede ser uno que es el mínimo de los tres límites máximos de CMV diferentes, y el límite 526 mínimo de CMV es uno que es un máximo de los tres límites mínimos de CMV diferentes. Puede entenderse que el uso de límites locales, tal como la tensión de la banda portadora, para generar los límites de CMV máximo y mínimo, puede evitar la creación de patrones de conmutación y transitorios adicionales. Como resultado, puede reducirse la complejidad del controlador para controlar la conmutación de los convertidores de potencia. Además, la pérdida de conmutación puede reducirse manteniendo las una o más tensiones de comando o tensiones de modulación después de la inyección de CMV en sus tensiones de banda portadora originales.
La Fig. 12 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento de inyección de tensión en modo común. El procedimiento 800 de inyección de CMV puede implementarse de manera independiente mediante el segundo módulo 404 de inyección de CMV mostrado en las Figs. 6-8 para conseguir equilibrar la tensión de CC presente en un enlace de CC del sistema 100 de conversión de potencia. El procedimiento 800 de inyección de tensión en modo común puede implementarse también en combinación con el primer módulo 402 de inyección de CMV para conseguir múltiples funciones en asociación con la operación del sistema 100 de conversión de potencia. Al menos algunos de los bloques/acciones ilustrados en el procedimiento 800 pueden programarse con instrucciones de software almacenadas en un medio de almacenamiento legible por ordenador. El medio de almacenamiento legible por ordenador puede incluir medios volátiles y no volátiles, extraíbles y no extraíbles implementados en cualquier procedimiento o tecnología. El medio de almacenamiento legible por ordenador incluye, pero no se limita a, RAM, ROM, EEPROM, memoria flash u otra tecnología de memoria, CD-ROM, discos versátiles digitales (DVD) u otro almacenamiento óptico, casetes magnéticos, cinta magnética, almacenamiento de disco magnético u otros dispositivos de almacenamiento magnético, o cualquier otro medio no transitorio que pueda usarse para almacenar la información deseada y que pueda ser accedido por uno o más procesadores.
El procedimiento 800 incluye un bloque 802, en el que se obtienen uno o más comandos de tensión, tales como comandos de tensión de CA trifásicos. Los uno o más comandos de tensión o los comandos de tensión de CA trifásicos pueden obtenerse a partir de uno o más controladores de nivel superior implementando uno o más algoritmos para conseguir una tensión de CA deseada en la salida del convertidor de potencia. Los uno o más comandos de tensión pueden ser señales que están libres de inyección de CMV. De manera alternativa, los uno o más comandos de tensión pueden haber sido modificados ya por una primera señal de CMV que puede ser generada mediante un cálculo mín-máx o tiene una señal armónica pura de tercer orden, tal como se ha descrito anteriormente con referencia a la Fig. 6.
En el bloque 804, el procedimiento 800 continúa para clasificar los uno o más comandos de tensión obtenidos. Por ejemplo, un clasificador 506 mín-máx (véase la figura 9) puede usarse para identificar un comando de tensión máxima, un comando de tensión media y un comando de tensión mínima a partir de los comandos de tensión de CA trifásica en cada tiempo instantáneo.
En el bloque 806, el procedimiento 800 continúa para calcular un límite máximo de CMV y un límite mínimo de CMV en base, al menos en parte, a los comandos de tensión instantánea máxima y mínima usando uno o más criterios. Los uno o más criterios pueden incluir uno o más límites globales, tales como uno o más límites de tensión del enlace de CC. Más específicamente, el límite máximo de CMV se genera para garantizar que los uno o más comandos de tensión modificados por la señal de inyección de CMV no excedan una tensión de enlace de CC superior. De manera similar, el límite mínimo de CMV se genera para garantizar que los uno o más comandos de tensión modificados por la señal de inyección de CMV no excedan una tensión de enlace de CC inferior. Los límites máximos o mínimos de CMV se generan de manera que los uno o más comandos de tensión después de la señal de inyección de CMV no cambien de signo.
En el bloque 806, los uno o más criterios pueden incluir uno o más límites locales, tales como una o más tensiones de banda portadora. En este caso, el límite máximo de CMV y el límite mínimo de CMV se generan para garantizar que las una o más tensiones de comando después de la inyección de CMV no salten de una tensión de banda portadora a otra tensión de banda portadora. Por lo tanto, pueden evitarse patrones de conmutación y/o transitorios adicionales, y pueden reducirse la complejidad del control y la pérdida de conmutación.
En el bloque 808, el procedimiento 800 continúa para calcular las corrientes de NP después de la inyección de CMV en base al límite máximo de CMV y al límite mínimo de CMV. El cálculo de las corrientes de NP puede realizarse de manera analítica y/o numérica. Las corrientes de NP calculadas se analizan para encontrar las corrientes de NP máxima y mínima y los CMVs correspondientes a las corrientes de NP máxima y mínima. Los estados de conmutación redundantes pueden tenerse en cuenta durante la generación de las corrientes de NP máxima y mínima para conseguir ciertas funciones, tales como una reducción del estrés por tensión en los condensadores flotantes del convertidor de potencia.
En el bloque 810, el procedimiento 800 continúa para calcular una corriente de NP de referencia en base, al menos en parte, a una corriente de NP original, las corrientes de NP máxima y mínima y una señal de ganancia. El cálculo de la corriente de NP de referencia depende de un patrón de corriente deseado presente en un NP del enlace de CC. Por ejemplo, cuando el sistema de conversión de potencia se opera bajo un primer modo de regulación de corriente de NP, en el que debería mantenerse el desequilibrio de CA original en el NP del enlace de CC. En este caso, la corriente de NP original puede incluir una señal de corriente armónica de tercer orden. Además, puede evitarse un gran cambio en el patrón de PWM, de manera que puede minimizarse la THD de la tensión de CA de salida. Cuando el sistema de conversión de potencia se opera bajo un segundo modo de regulación de corriente de NP, en el que el desequilibrio de CA debe eliminarse o reducirse. En este caso, la corriente de NP original puede establecerse a cero. La señal de ganancia es generada por un controlador de equilibrio de tensión del enlace de CC regulando las señales de entrada que representan la diferencia de tensión entre al menos dos condensadores de CC del enlace de CC.
En el bloque 812, el procedimiento 800 continúa para calcular una señal de inyección de CMV en base, al menos en parte, a la corriente de NP de referencia calculada. Puede derivarse una función inversa, tal como una o más funciones lineales de la CMV en términos de la corriente de NP, para el cálculo de las señales de inyección de CMV. Puede usarse una tabla de búsqueda para encontrar la señal de inyección de CMV correspondiente a la corriente de NP de referencia.
En el bloque 814, los uno o más comandos de tensión obtenidos en el bloque 802 se modifican combinando la señal de inyección de CMV de referencia con los uno o más comandos de tensión. Los uno o más comandos de tensión modificados se suministran a un modulador para generar las señales de control usadas para activar y/o desactivar los diversos dispositivos de conmutación en el convertidor de potencia. Por lo tanto, la diferencia de tensión en el enlace de CC puede minimizarse inyectando las señales CMV a los uno o más comandos de tensión o señales de modulación.
Aunque no se muestra en la Fig. 12, el procedimiento 800 incluye bloques para obtener comandos de corriente de CA trifásicos que se usan para calcular la corriente de NP original en el NP del enlace de CC. El procedimiento 800 incluye también bloques para identificar un comando de corriente máxima instantánea, un comando de corriente media instantánea y un comando de corriente mínima instantánea a partir de los comandos de corriente CA trifásicos. La corriente de NP original se calcula usando los comandos instantáneos de corriente máxima, media y mínima, y también usando los comandos de tensión máxima, media y mínima identificados en el bloque 804.
Aunque la invención se ha descrito con referencia a realizaciones ejemplares, las personas expertas en la técnica comprenderán que pueden realizarse diversos cambios y que pueden sustituirse elementos equivalentes por elementos de la misma sin apartarse del alcance de la invención, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. Además, la persona experta en la técnica reconocerá la posibilidad de cambiar entre sí varias características de diferentes realizaciones. De manera similar, las diversas etapas de procedimiento y características descritas, así como otros equivalentes conocidos para cada uno de dichos procedimientos y características, pueden ser mezclados y combinados por una persona experta en esta técnica para construir conjuntos y técnicas adicionales según los principios de la presente descripción. Por lo tanto, se pretende que la invención no esté limitada a la realización particular descrita como el mejor modo contemplado para llevar a cabo la presente invención, sino que la invención incluirá todas las realizaciones comprendidas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (2)

REIVINDICACIONES
1. Sistema (100) de conversión de potencia, que comprende:
un enlace (124) de corriente continua CC que comprende un primer condensador (242) de CC y un segundo condensador (246) de CC acoplados eléctricamente en serie y que definen un punto (252) neutro NP de CC entre los mismos;
al menos un convertidor (126; 200; 300) de potencia multinivel; y
un controlador (140) acoplado al por lo menos un convertidor (126) de potencia multinivel, comprendiendo el controlador (140) un módulo (404; 500; 600) de inyección de tensión en modo común CMV adaptado para generar una señal (408; 564) de CMV para modificar al menos un comando (422; 424) de tensión para regular la componente de corriente CC o CA que fluye desde o al NP (252) de CC del enlace (124) de CC con el fin de reducir la diferencia de tensión entre los condensadores (242, 244) de CC primero y segundo sustancialmente a cero;
comprendiendo el módulo (404; 500; 600) de inyección de CMV:
un clasificador (506) mín-máx adaptado para determinar un comando (508) de tensión máxima instantánea, un comando de tensión medio instantáneo (509) y un comando (512) de tensión mínima instantánea a partir de los comandos (504) de tensión CA trifásica, y para determinar un comando (516) de corriente máxima instantánea, un comando (515) de corriente media instantánea y un comando (514) de corriente mínima instantánea a partir de los comandos (502) de corriente CA trifásica;
un elemento (518) de cálculo de límite de CMV adaptado para calcular un límite (524) máximo de CMV y un límite (526) mínimo de CMV en base a los comandos (508, 512) instantáneos de tensión máxima y mínima y una de entre una señal (522) de límite global y una señal (586) de límite local:
un elemento (528) de cálculo de corriente de NP adaptado para calcular una corriente (538) de NP máxima, una corriente (542) de NP mínima, una CMV (534) máxima correspondiente a la corriente (538) de NP máxima y una CMV (536) mínima correspondiente a la corriente (542) de NP mínima en base, al menos en parte, al límite (524) máximo de CMV y al límite (526) mínimo de CMV;
un pre-elemento (544) de cálculo de corriente de NP adaptado para calcular una primera señal (546) de corriente de NP original que fluye desde o al NP (252) CC del enlace (124) de CC en base, al menos en parte, a los comandos (508, 509, 512) instantáneos de tensión máxima, media y mínima y los comandos (514, 515, 516) instantáneos de corriente máxima, media y mínima;
una unidad (548) de selección de corriente adaptada para seleccionar una de entre la primera señal (546) de corriente de NP original y una segunda señal (552) de corriente de NP original dependiendo de los diferentes modos de regulación de corriente de NP del sistema (100) de conversión de potencia, en el que la unidad (548) de selección de corriente está configurada para ser operada según una señal (551) de selección de modo para seleccionar la primera señal (546) de corriente de NP original cuando el sistema (100) de conversión de potencia debe operarse bajo un primer modo de regulación de NP en el que la corriente armónica de tercer orden presente en el NP (252) de CC del enlace (124) de CC debería mantenerse, y debe operarse según una señal (551) de selección de modo actualizada para seleccionar la segunda señal (552) de corriente de NP original cuando el sistema (100) de conversión de potencia debe operarse bajo un segundo modo de regulación de NP en el que deben reducirse o eliminarse las fluctuaciones de corriente armónica de tercer orden presentes en el NP (252) de CC del enlace (124) de CC;
un elemento (556) de cálculo de corriente de NP de referencia adaptado para calcular una corriente (558) de NP de referencia en base, al menos en parte, a las corrientes (538, 542) de NP máxima y mínima, una señal (584) de ganancia y la señal seleccionada de entre las señales (546, 552) de corriente de NP originales primera y segunda;
un regulador (582) de equilibrio de tensión de CC adaptado para generar la señal (584) de ganancia en base, al menos en parte, a una señal (574) de diferencia de tensión de CC en el enlace (124) de CC; y
un elemento (562) de cálculo de función inversa adaptado para calcular la señal (564) de CMV en base, al menos en parte, a las corrientes (538, 542) de NP máxima y mínima, las CMVs (534, 536) máxima y mínima y la corriente (558) de NP de referencia.
2. Procedimiento de operación de un sistema (100) de conversión de potencia, que comprende:
un enlace (124) de corriente continua CC que comprende un primer condensador (242) de CC y un segundo condensador (246) de CC acoplados eléctricamente en serie y que definen un punto (252) neutro NP de CC entre los mismos; y
al menos un convertidor (126; 200; 300) de potencia multinivel;
comprendiendo el procedimiento:
generar una señal (408; 564) de CMV para modificar al menos un comando (422; 424) de tensión para regular la componente de corriente CC o CA que fluye desde o al NP (252) de CC del enlace (124) de CC con el fin de reducir la diferencia de tensión entre los condensadores (242, 244) de CC primero y segundo sustancialmente a cero;
comprendiendo además el procedimiento:
determinar un comando (508) de tensión máxima instantánea, un comando (509) de tensión media instantánea y un comando (512) de tensión mínima instantánea a partir de los comandos (504) de tensión CA trifásica, y determinar un comando (516) de corriente máxima instantánea, un comando (515) de corriente media instantánea y un comando (514) de corriente mínima instantánea a partir de los comandos (502) de corriente CA trifásica;
calcular un límite (524) máximo de CMV y un límite (526) mínimo de CMV en base a los comandos (508, 512) de tensión máxima y mínima instantáneas y una de entre una señal (522) de límite global y una señal (586) de límite local:
calcular una corriente (538) de NP máxima, una corriente (542) de NP mínima, una CMV (534) máxima correspondiente a la corriente (538) de NP máxima y una CMV (536) mínima correspondiente a la corriente (542) de NP mínima en base, al menos en parte, al límite (524) máximo de CMV y al límite (526) mínimo de CMV;
calcular una primera señal (546) de corriente de NP original que fluye desde o al NP (252) de CC del enlace (124) de CC en base, al menos en parte, a los comandos (508, 509, 512) de tensión máxima, media y mínima instantáneas y los comandos (514, 515, 516) de corriente máxima, media y mínima instantáneas; seleccionar una de entre la primera señal (546) de corriente de NP original y una segunda señal (552) de corriente de NP original dependiendo de los diferentes modos de regulación de corriente de NP del sistema (100) de conversión de potencia, en el que la primera señal (546) de corriente de NP original se selecciona cuando el sistema (100) de conversión de potencia debe operarse bajo un primer modo de regulación de NP en el que la corriente armónica de tercer orden presente en el NP (252) de CC del enlace (124) de CC debería mantenerse, y la segunda señal (552) de corriente de NP original se selecciona cuando el sistema (100) de conversión de potencia debe operarse bajo un segundo modo de regulación de NP en el que deben reducirse o eliminarse las fluctuaciones de corriente armónica de tercer orden presentes en el NP (252) de CC del enlace (124) de CC;
calcular una corriente (558) de NP de referencia en base, al menos en parte, a las corrientes (538, 542) de NP máxima y mínima, una señal (584) de ganancia y la señal seleccionada de entre las señales (546, 552) de corriente de NP originales primera y segunda;
generar la señal (584) de ganancia en base, al menos en parte, en una señal (574) de diferencia de tensión de CC en el enlace (124) de CC; y
calcular la señal (564) de CMV en base, al menos en parte, a las corrientes (538, 542) de NP máxima y mínima, las CMVs (534, 536) máxima y mínima y la corriente (558) de NP de referencia.
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