ES2900030T3 - Sistemas y métodos de control de convertidores con punto neutro enclavado - Google Patents

Sistemas y métodos de control de convertidores con punto neutro enclavado Download PDF

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Anthony Michael Klodowski
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Abstract

Un sistema de control (100) configurado para proporcionar órdenes a un convertidor en el lado de fuente (14) y a un convertidor en el lado de línea (15) de un sistema de conversión de potencia para equilibrar una tensión de punto neutro en un enlace de CC entre el convertidor en el lado de fuente y el convertidor en el lado de línea, el sistema de control (100) comprende: una primera unidad de control fundamental (110) configurada para generar una primera orden fundamental para implementar la operación de conversión de potencia fundamental para el convertidor en el lado de fuente (14); una segunda unidad de control fundamental (120) configurada para generar una segunda orden fundamental para implementar la operación de conversión de potencia fundamental para el convertidor en el lado de línea (15); y caracterizada por: una unidad de control de compensación (130) que comprende: un comparador (134) configurado para comparar un primer índice de modulación (MI_source) del convertidor en el lado de fuente (14) y un segundo índice de modulación (MI_line) del convertidor en el lado de línea (15); un primer elemento de cálculo (135) configurado, cuando el primer índice de modulación (MI_source) es menor que el segundo índice de modulación (MI_line), para recibir una orden de compensación fundamental (Vdcoffset) y generar una primera orden de compensación en el lado de fuente (Vdcoffset S1) para inyectarla en la primera orden fundamental y, cuando la primera orden de compensación en el lado de fuente no es suficiente para equilibrar la tensión del punto neutro, para generar además una primera orden de compensación en el lado de línea (Vdcoffset_L1) para inyectarla en la segunda orden fundamental; y un segundo elemento de cálculo (136) configurado, cuando el primer índice de modulación (MI source) es mayor que el segundo índice de modulación (MI_line), para recibir la orden de compensación fundamental (Vdcoffset) y generar una segunda orden de compensación en el lado de línea (Vdcoffset_L2) para su inyección en la segunda orden fundamental y, cuando la segunda orden de compensación en el lado de línea no es suficiente para equilibrar la tensión del punto neutro, para generar además una segunda orden de compensación en el lado de fuente (Vdcoffset_S2) para su inyección en la primera orden fundamental.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistemas y métodos de control de convertidores con punto neutro enclavado
[0001] Las realizaciones descritas se refieren en general a sistemas de control de convertidores con punto neutro enclavado (NPC, “Neutral Point Clamped’) y métodos para equilibrar la tensión del punto neutro (punto medio). Este tipo de equilibrado de la tensión es especialmente útil en los sistemas de generación de potencia renovable, como los sistemas eólicos y fotovoltaicos de generación de potencia, por ejemplo.
[0002] Los convertidores con punto neutro enclavado (NPC) se aplican ampliamente en los sistemas de conversión de potencia. Véase, por ejemplo, el documento US 2011/0134672. Uno de los retos de la topología de los convertidores NPC es el desequilibrio de la tensión en el punto neutro. Para el funcionamiento óptimo de un convertidor NPC típico, como un convertidor de tres niveles, el desequilibrio de la tensión en el punto neutro debe mantenerse en torno a cero voltios. Normalmente, se puede utilizar una estrategia de control de modulación por ancho de pulsos (PWM) para equilibrar (centrar) la tensión del punto neutro.
[0003] Para las estrategias de control de equilibrio PWM, el principio básico es inyectar una orden de compensación adicional durante la modulación PWM. Mediante esta técnica, la corriente del punto neutro se regula para cargar o descargar una batería de condensadores para compensar cualquier desequilibrio de la tensión del condensador (desequilibrio de la tensión del punto neutro). Un sistema de conversión de potencia convencional puede incluir un convertidor en el lado de fuente y un convertidor en el lado de línea. En los métodos convencionales, la orden de compensación adicional se envía sólo a uno de los convertidores en el lado de fuente y en el lado de línea.
[0004] Sin embargo, las estrategias de control de un solo lado pueden no ser siempre suficientes para equilibrar un desequilibrio de tensión del punto neutro relativamente mayor de un sistema de conversión de potencia. En tales situaciones, como puede verse con referencia al gráfico de ejemplo de la FIG. 1, una curva de tendencia de tensión A1 de un condensador superior y una curva de tendencia de tensión B1 de un condensador inferior pueden divergir cada vez más con el tiempo.
[0005] Por lo tanto, es deseable proporcionar un sistema y un método de control del convertidor NPC para mejorar el rendimiento del equilibrio de la tensión del punto neutro.
[0006] Por lo tanto, se proporciona la presente invención, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
[0007] Varias características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor cuando la siguiente descripción detallada se lea con referencia a los dibujos adjuntos en los que los caracteres similares representan partes similares en todos los dibujos, en los que:
La FIG. 1 es un diagrama de las tendencias de tensión en los condensadores superior e inferior de un sistema de conversión de potencia convencional.
La FIG. 2 es un diagrama de un sistema de conversión de potencia de acuerdo con una realización.
La FIG. 3 es un diagrama de circuito de dos convertidores del sistema de conversión de potencia de la FIG. 2, junto con dos moduladores y un sistema de control.
La FIG. 4 es un diagrama de bloques de un ejemplo de sistema de control para su uso en la realización de la FIG. 3.
La FIG. 5 es un diagrama de bloques de un ejemplo de unidad de control fundamental para su uso en la realización de la FIG. 4.
La FIG. 6 es un diagrama de bloques de un ejemplo de unidad de control de compensación para su uso en la realización de la FIG. 4.
La FIG. 7 es un diagrama de bloques de un ejemplo de regulador de voltaje de punto neutro para su uso en la realización de la FIG. 6.
La FIG. 8 es un diagrama de flujo de un método de control de acuerdo con una realización.
La FIG. 9 es un diagrama de las tendencias de tensión en los condensadores superiores e inferiores del sistema de conversión de potencia de la FIG. 2 utilizando el sistema de control de la FIG. 4.
[0008] Las realizaciones divulgadas en el presente documento se refieren en general a sistemas de conversión de potencia con capacidades mejoradas de equilibrio de la tensión en el punto neutro. Tal como se utiliza en el presente documento, el "valor excedente del índice de modulación" se refiere a una capacidad de compensación de un convertidor (convertidor en el lado de fuente o convertidor en el lado de línea) mediante el uso de una estrategia de control de modulación de ancho de pulso (PWM) para equilibrar la tensión del punto neutro. Si el valor máximo del índice de modulación es MImax (como MImax=1), y el índice de modulación para el control fundamental sin equilibrar la tensión del punto neutro es MI (MI_source o MI_line), entonces el valor excedente del índice de modulación correspondiente MIsp (valor positivo) es igual a MImax-MI.
[0009] Más concretamente, las realizaciones de la capacidad mejorada de equilibrio de la tensión del punto neutro descritas en el presente documento se basan en sistemas y métodos de control de convertidores con punto neutro enclavado (NPC) que pueden inyectar comandos de compensación adicionales al convertidor en el lado de fuente y al convertidor en el lado de línea al mismo tiempo y que pueden lograr un mejor rendimiento al equilibrar la tensión del punto neutro del sistema de conversión de potencia.
[0010] A continuación se describirán una o más realizaciones específicas de la presente divulgación. En un esfuerzo por proporcionar una descripción concisa de estas realizaciones, no todas las características de una implementación real se describen en la especificación. Debe apreciarse que, en el desarrollo de cualquier implementación real, como en cualquier proyecto de ingeniería o diseño, deben tomarse numerosas decisiones específicas de la implementación para lograr los objetivos específicos de los desarrolladores, como el cumplimiento de las restricciones relacionadas con el sistema y con el negocio, que pueden variar de una implementación a otra. Además, debe apreciarse que tal esfuerzo de desarrollo puede ser complejo y consumir mucho tiempo, pero sin embargo sería una empresa rutinaria de diseño, fabricación y manufactura para aquellos con conocimientos ordinarios que tengan el beneficio de esta divulgación.
[0011] A menos que se definan de otro modo, los términos técnicos y científicos utilizados en el presente documento tienen el mismo significado que se entiende comúnmente por una persona con conocimientos ordinarios en la técnica a la que pertenece esta divulgación. Los términos "primero", "segundo" y similares, tal y como se utilizan aquí, no denotan ningún orden, cantidad o importancia, sino que se utilizan para distinguir un elemento de otro. Asimismo, los términos "un/a" no denotan una limitación de cantidad, sino la presencia de al menos uno de los elementos referidos. El término "o" pretende ser inclusivo y significar uno, algunos o todos los elementos enumerados. El uso de "incluyendo", "comprendiendo" o "teniendo" y sus variaciones en el presente documento se entiende que abarca los elementos enumerados a continuación y sus equivalentes, así como otros elementos adicionales. Los términos "conectado" y "acoplado" no se limitan a conexiones o acoplamientos físicos o mecánicos, sino que pueden incluir conexiones o acoplamientos eléctricos, ya sean directos o indirectos. Además, los términos "circuito" y "circuitería" y "controlador" pueden incluir un solo componente o una pluralidad de componentes, que son activos y/o reactivos y están conectados o acoplados de otra manera (por ejemplo, como uno o más chips de circuitos integrados) para proporcionar la función descrita.
[0012] La FIG. 2 muestra un diagrama de un sistema de conversión de potencia 10 de acuerdo con una realización. El sistema de conversión de potencia 10 ilustra una turbina eólica 18 a modo de ejemplo. En la turbina eólica 18, las palas 11 están acopladas a un eje 12 que acciona un generador 13, ya sea directamente o a través de una multiplicadora (no mostrada). La tensión resultante del generador 13 tiene una frecuencia variable que es convertida a una frecuencia fija por un conjunto convertidor 19 antes de ser suministrada a una red eléctrica 16. El conjunto de convertidores 19 puede incluir un convertidor en el lado de fuente 14 y un convertidor en el lado de línea 15. El convertidor en el lado de fuente 14 está acoplado eléctricamente al generador 13 y se utiliza para convertir las señales de corriente alterna (CA) del generador 13 en señales de corriente continua (CC). El convertidor en el lado de línea 15 está acoplado eléctricamente a la red eléctrica 16 y se utiliza para convertir las señales de CC en señales de CA para la red eléctrica 16. Se proporciona un enlace de CC 17 para acoplar eléctricamente el convertidor en el lado de fuente 14 al convertidor en el lado de línea 15. En una realización, como se muestra en la FIG. 2, el enlace de CC 17 puede incluir un condensador superior C1 y un condensador inferior C2.
[0013] Para simplificar la ilustración, no se muestran en la FIG. 2 los elementos convencionales de transformación y filtrado entre el conjunto convertidor 19 y la red eléctrica 16. Aunque se muestra un generador de turbina eólica 13 a modo de ejemplo, se puede incluir cualquier tipo de generador, siendo estas realizaciones particularmente útiles para fuentes de energía renovables como la eólica, la solar y la hidrocinética. Además, aunque en la FIG. 2 se muestra un generador 13, las realizaciones aquí divulgadas son aplicables a otros tipos de cargas, como motores en accionamientos de motor y bancos de carga en fuentes de alimentación ininterrumpida (SAI), por ejemplo.
[0014] La FIG. 3 ilustra un diagrama de circuito del conjunto convertidor 19 que es una realización de configuración topológica de tres niveles a efectos de ejemplo. El nodo entre el condensador superior C1 y el condensador inferior C2 actúa como punto neutro O. Para un funcionamiento óptimo, la misma magnitud de tensión debe estar presente en cada lado del punto neutro O del enlace de CC 17 (es decir, la tensión del punto neutro debe estar equilibrada). En la realización de la FIG. 3, la misma magnitud de tensión debe estar presente en cada uno de los condensadores C1 y C2. En esta realización, el equilibrio de la tensión del punto neutro se consigue mediante señales de modulación por ancho de pulsos (PWM) en los interruptores 149 del convertidor en el lado de fuente 14 o en los interruptores 159 del convertidor en el lado de línea 15, o en ambos. Las señales PWM en los interruptores 149 del convertidor en el lado de fuente 14 son generadas por un primer modulador 210 en respuesta a una primera orden de modulación Mcmd1 de un sistema de control 100, y las señales PWM en los interruptores 159 del convertidor en el lado de línea 15 son generadas por un segundo modulador 220 en respuesta a una segunda orden de modulación Mcmd2 del sistema de control 100. La disposición de los interruptores 149 y 159 de la FIG.
3 es a modo de ejemplo. En otras realizaciones, la disposición de los interruptores 149 y 159 puede tener otras configuraciones topológicas, como por ejemplo, configuraciones topológicas de cinco o siete niveles.
[0015] Refiriéndose a la FIG. 4, se muestra un diagrama de bloques del sistema de control 100 de la FIG. 3 de acuerdo con una realización. El sistema de control 100 incluye una primera unidad de control fundamental 110, una segunda unidad de control fundamental 120, una unidad de control de compensación 130, una primera unidad de suma 140, y una segunda unidad de suma 150. En una realización, la primera unidad de control fundamental 110, la segunda unidad de control fundamental 120, la unidad de control de compensación 130, la primera unidad de suma 140 y la segunda unidad de suma 150 pueden estar situadas en unidades de control y/o algoritmos discretos. En otras realizaciones, dos o más de estas unidades del sistema de control 100 pueden estar integradas en una unidad de control y/o algoritmo común.
[0016] La primera unidad de control fundamental 110 se utiliza para generar una primera orden fundamental Fcmdl que se envía al primer modulador 210 para controlar el convertidor en el lado de fuente 14 para implementar la conversión de potencia fundamental sin equilibrar necesariamente la tensión del punto neutro. La segunda unidad de control fundamental 120 se utiliza para generar una segunda orden fundamental Fcmd2 que se envía al segundo modulador 220 para controlar el convertidor en el lado de línea 15 para implementar la conversión de potencia fundamental sin equilibrar necesariamente la tensión del punto neutro. La unidad de control de compensación 130 se utiliza para generar una primera orden de compensación Ccmdl que se inyecta en la primera orden fundamental Fcmdl por la primera unidad de suma 140, para generar la primera orden de modulación Mcmd1 para modular el ciclo de trabajo de la señal PWM del primer modulador 210 para controlar el convertidor en el lado de fuente 14 para implementar la conversión de potencia fundamental mientras se equilibra la tensión del punto neutro. La unidad de control de compensación 130 también se utiliza para generar una segunda orden de compensación Ccmd2 que se inyecta en la segunda orden fundamental Fcmd2 por la segunda unidad de suma 150, para generar la segunda orden de modulación Mcmd2 para modular el ciclo de trabajo de la señal PWM del segundo modulador 220 para controlar el convertidor en el lado de línea 15 para implementar la conversión de potencia fundamental mientras se equilibra la tensión del punto neutro.
[0017] Refiriéndose a la FIG. 5, se muestra un diagrama de la primera unidad de control fundamental 110 de acuerdo con una realización. En esta realización, la primera unidad de control fundamental 110 incluye un primer elemento de diferencia 111, un segundo elemento de diferencia 112, un bloque de control de corriente fundamental 113, y un bloque de transformación dq/abc 114. El primer elemento de diferencia 111 se utiliza para obtener una señal de error de corriente activa L_Ix_err representativa de la diferencia entre una orden de corriente activa real L_IxCmd y una señal de corriente activa realimentada L_IxFbk en coordenadas dq. El segundo elemento de diferencia 112 se utiliza para obtener una señal de error de corriente reactiva L_Iy_err representativa de la diferencia entre una orden de corriente reactiva real L_IyCmd y una señal de corriente reactiva realimentada L_IyFbk en coordenadas dq. Se entiende que la señal de corriente activa de realimentación L_IxFbk y la señal de corriente reactiva de realimentación L_IyFbk pueden obtenerse mediante la obtención de valores de corriente a partir de sensores de corriente en la salida del sistema de conversión de potencia y, si es necesario, realizando cálculos sobre dichos valores de corriente. En una realización, la orden de corriente activa real L_IxCmd y la orden de corriente reactiva real L_IyCmd pueden estar preprogramadas.
[0018] El bloque de control de corriente fundamental 113 se utiliza para convertir la señal de error de corriente activa L_Ix_err y la señal de error de corriente reactiva L_Iy_err en un comando activo correspondiente L_Uxcmd y un comando reactivo correspondiente L_Uxcmd. Estas órdenes se utilizan para modular el ciclo de trabajo de la señal PWM del primer modulador 210 para controlar el convertidor en el lado de fuente 14 para implementar la conversión de potencia fundamental sin equilibrar necesariamente la tensión del punto neutro. Se entiende que el bloque de control de la corriente fundamental 113 puede utilizar cualquier método apropiado para implementar la función anterior, como un regulador proporcional integral (PI) o un regulador proporcional integral derivativo (PID), por ejemplo.
[0019] Para implementar el control disponible, el bloque de transformación dq/abc 114 se utiliza para transformar el comando activo L_Uxcmd y el comando reactivo L_Uxcmd en coordenadas dq a los correspondientes comandos fundamentales L_UaCmd, L_UbCmd, y L_UcCmd en coordenadas abc, como el primer comando fundamental Fcmdl. En una realización, el bloque de transformación dq/abc 114 implementa el algoritmo de transformación de Park para transformar las señales de coordenadas dq a coordenadas abc. Los comandos L_UaCmd, L_UbCmd, L_UcCmd (es decir, el primer comando fundamental Fcmdl) pueden modular directamente el ciclo de trabajo de la señal PWM del primer modulador 210 para controlar el convertidor en el lado de fuente 14 para implementar la conversión de potencia fundamental sin equilibrar necesariamente la tensión del punto neutro. Para lograr el equilibrio de la tensión del punto neutro, la unidad de suma 140, que incluye tres elementos de suma 141, 142 y 143, se utiliza además a través de la ruta de transmisión del primer comando fundamental Fcmdl (LUaCmd, L_UbCmd, L_UcCmd), respectivamente, para recibir el primer comando de compensación Ccmdl y para modificar en comandos de modulación LJJaCmd', LJJbCmd', LJJcCmd' (es decir, el primer comando de modulación Mcmdl), a fin de lograr el equilibrio de la tensión del punto neutro. La segunda unidad de control fundamental 120 tiene una configuración similar a la de la primera unidad de control fundamental 110, por lo que no se repite la descripción aquí. En otras realizaciones, cuando el primer comando fundamental Fcmdl se envía utilizado en coordenadas dq, el bloque de transformación dq/abc 114 puede omitirse, y la unidad de suma 140 puede implementarse utilizando las coordenadas dq.
[0020] Refiriéndose a la FIG. 6, se muestra un diagrama de la unidad de control de compensación 130 de acuerdo con una realización. En esta realización, la unidad de control de compensación 130 incluye un elemento de diferencia 131, un regulador de tensión de punto neutro 132, un elemento de conmutación 133, un comparador 134, un primer elemento de cálculo 135, un segundo elemento de cálculo 136, un primer elemento de suma 137 y un segundo elemento de suma 138. El elemento de diferencia 131 se utiliza para obtener una señal de error de tensión Vdc_err representativa del desequilibrio de tensión en el punto neutro que se calcula a partir de la diferencia entre una señal de tensión de realimentación Vdc_Upr_Fbk en el condensador C1 y una señal de tensión de realimentación Vdc_Lwr_Fbk en el condensador C2. El regulador de tensión del punto neutro 132 recibe la señal de error de tensión Vdc_err y produce una orden de compensación fundamental Vdcoffset (compensación de CC inyectada) para llevar la señal de error de tensión Vdc_err hacia cero. El elemento de conmutación 133 se utiliza para emitir la orden de compensación fundamental Vdcoffset a uno de los primeros elementos de cálculo 135 y al segundo elemento de cálculo 136 según una orden de conmutación Scmd del terminal de salida Out del comparador 134.
[0021] Refiriéndose a la FIG. 7, en una realización, el regulador de tensión de punto neutro 132 puede incluir un elemento de filtro 1321 y un regulador PI 1322 combinado con un limitador 1323. En otras realizaciones, el regulador de tensión de punto neutro 132 puede utilizar otros elementos y/o algoritmos para obtener el comando de compensación fundamental Vdcoffset.
[0022] Con referencia continua a la FIG. 6, el primer terminal de entrada In1 del comparador 134 recibe un primer índice de modulación MI_source del convertidor en el lado de fuente 14, y el segundo terminal de entrada In2 del comparador 134 recibe un segundo índice de modulación MI_line del convertidor en el lado de línea 15. El comparador 134 determina si el primer índice de modulación MI_source es menor o igual que el segundo índice de modulación MI_line. Si el primer índice de modulación MI_source es menor o igual que el segundo índice de modulación MI_line, la orden de conmutación Scmd controla el elemento de conmutación 133 para emitir la orden de compensación fundamental Vdcoffset al primer elemento de cálculo 135. Si el primer índice de modulación MI_source es mayor que el segundo índice de modulación MI_line, el comando de conmutación Scmd controla el elemento de conmutación 133 para emitir el comando de compensación fundamental Vdcoffset al segundo elemento de cálculo 136. En otras realizaciones, si el primer índice de modulación MI_source es igual al segundo índice de modulación MI_line, el comando de conmutación Scmd también puede controlar alternativamente el elemento de conmutación 133 para emitir el comando de compensación fundamental Vdcoffset al segundo elemento de cálculo 136. En otras realizaciones, el comparador 134 puede incluir una banda de histéresis para conmutar los dos estados, lo que puede hacer que la frecuencia de conmutación sea más suave.
[0023] El primer elemento de cálculo 135 se utiliza para emitir una primera orden de compensación en el lado de fuente Vdcoffset_S1 y una primera orden de compensación en el lado de línea Vdcoffset_L1 basadas en la orden de compensación fundamental Vdcoffset. El segundo elemento de cálculo 136 se utiliza para emitir una segunda orden de compensación en el lado de fuente Vdcoffset_S2 y una segunda orden de compensación en el lado de línea Vdcoffset_L2 basadas en la orden de compensación fundamental Vdcoffset. Cuando el primer elemento de cálculo 135 recibe la orden de compensación fundamental Vdcoffset, la primera orden de compensación en el lado de fuente Vdcoffset_S1 actúa como la primera orden de compensación Ccmdl a través del primer elemento de suma 137, y la primera orden de compensación en el lado de línea Vdcoffset_L1 actúa como la segunda orden de compensación Ccmd2 a través del segundo elemento de suma 138. Cuando el segundo elemento de cálculo 136 recibe la orden de compensación fundamental Vdcoffset, la segunda orden de compensación en el lado de fuente Vdcoffset_S2 actúa como la primera orden de compensación Ccmdl a través del primer elemento de suma 137, y la segunda orden de compensación en el lado de línea Vdcoffset_L2 actúa como la segunda orden de compensación Ccmd2 a través del segundo elemento de suma 138.
[0024] Cuando el primer elemento de cálculo 135 recibe la orden de compensación fundamental Vdcoffset, el primer elemento de cálculo 135 determina si el valor absoluto de la orden de compensación fundamental Vdcoffset es mayor o igual que un valor excedente de índice de modulación S_MIsp del convertidor en el lado de fuente 14. Si el valor absoluto de la orden de compensación fundamental Vdcoffset es menor que un valor excedente del índice de modulación S_MIsp del convertidor en el lado de fuente 14, la primera orden de compensación en el lado de fuente Vdcoffset_S1 es igual a la orden de compensación fundamental Vdcoffset, y la primera orden de compensación en el lado de línea Vdcoffset_L1 es igual a cero.
[0025] Sin embargo, si dentro de la primera unidad de cálculo 135, el valor absoluto de la orden de compensación fundamental Vdcoffset es mayor o igual que el valor excedente del índice de modulación S_MIsp del convertidor en el lado de fuente 14, se determina primero si la orden de compensación fundamental Vdcoffset es un valor positivo.
Cuando la orden de compensación fundamental Vdcoffset es un valor positivo, la primera orden de compensación en el lado de fuente V_dcoffset_S1 es igual al valor excedente del índice de modulación S_MI sp, y la primera orden de compensación en el lado de línea Vdcoffset_L1 es igual a la diferencia entre la orden de compensación fundamental Vdcoffset y el valor excedente del índice de modulación S_MIsp (es decir, Vdcoffset - S_MIsp). Por el contrario, cuando la orden de compensación fundamental Vdcoffset es un valor negativo, la primera orden de compensación en el lado de fuente Vdcoffset_S1 es igual al negativo del valor excedente del índice de modulación S_MIsp, y la primera orden de compensación en el lado de línea Vdcoffset_L1 es igual a la diferencia entre la orden de compensación fundamental Vdcoffset y el negativo del valor excedente del índice de modulación S_MIsp (es decir, Vdcoffset S_MIsp).
[0026] Cuando el segundo elemento de cálculo 136 recibe la orden de compensación fundamental Vdcoffset, el segundo elemento de cálculo 136 determina si el valor absoluto de la orden de compensación fundamental Vdcoffset es mayor o igual que un valor excedente de índice de modulación L_MIsp del convertidor en el lado de línea 15. Si el valor absoluto de la orden de compensación fundamental Vdcoffset es menor que el valor excedente del índice de modulación L_MIsp del convertidor en el lado de línea 15, la segunda orden de compensación en el lado de línea Vdcoffset_L2 es igual a la orden de compensación fundamental Vdcoffset, y la segunda orden de compensación en el lado de fuente Vdcoffset_S2 es igual a cero.
[0027] Sin embargo, si dentro de la primera unidad de cálculo 136, el valor absoluto de la orden de compensación fundamental Vdcoffset es mayor o igual que un valor excedente de índice de modulación L_MIsp del convertidor en el lado de línea 15, se determina de nuevo primero si la orden de compensación fundamental Vdcoffset es un valor positivo. Cuando la orden de compensación fundamental Vdcoffset es un valor positivo, la segunda orden de compensación en el lado de línea Vdcoffset_L2 es igual al valor excedente del índice de modulación L_MIsp, y la segunda orden de compensación en el lado de fuente Vdcoffset_S2 es igual a la diferencia entre la orden de compensación fundamental Vdcoffset y el valor excedente del índice de modulación L_MIsp (es decir, Vdcoffset -L_MIsp). Por el contrario, cuando la orden de compensación fundamental Vdcoffset es un valor negativo, la segunda orden de compensación en el lado de línea Vdcoffset_L2 es igual al negativo del valor excedente del índice de modulación L_MIsp, y la segunda orden de compensación en el lado de fuente Vdcoffset_S2 es igual a la diferencia entre la orden de compensación fundamental Vdcoffset y el negativo del valor excedente del índice de modulación L_MIsp (es decir, Vdcoffset L_MIsp).
[0028] Refiriéndose a la FIG. 8, se muestra un diagrama de flujo de un método de control 800 de acuerdo con una realización correspondiente a la unidad de control de compensación 130 de la FIG. 6. El método de control 800 puede programarse con instrucciones de software almacenadas en un medio legible por ordenador no transitorio, que, cuando son ejecutadas por un procesador, realizan varios pasos del método de control. El medio legible por ordenador puede incluir medios volátiles y no volátiles, extraíbles y no extraíbles, implementados en cualquier método o tecnología. El medio legible por ordenador incluye, pero no se limita a, RAM, ROM, EEPROM, memoria flash, procesador de señales digitales (DSP) u otra tecnología de memoria, CD-ROM, discos versátiles digitales (DVD) u otro almacenamiento óptico, casetes magnéticos, cinta magnética, almacenamiento en disco magnético u otros dispositivos de almacenamiento magnético, o cualquier otro medio no transitorio que pueda utilizarse para almacenar la información deseada y al que pueda acceder un sistema de ejecución de instrucciones.
[0029] En una realización, el método de control 800 puede comenzar en el bloque 801. En el bloque 801, se obtiene el primer índice de modulación MI_source del convertidor en el lado de fuente 14 y el segundo índice de modulación MI_line del convertidor en el lado de línea 15. En una realización, el primer índice de modulación MI_source y el segundo índice de modulación MI_line pueden calcularse mediante métodos convencionales.
[0030] En el bloque 802, el primer índice de modulación MI_source del convertidor en el lado de fuente 14 se compara con el segundo índice de modulación MI_line del convertidor en el lado de línea 15. Si el primer índice de modulación MI_source es menor o igual que el segundo índice de modulación MI_line, el proceso pasa al bloque 803. Si el primer índice de modulación MI_source es mayor que el segundo índice de modulación MI_line, el proceso pasa al bloque 804. En otras realizaciones, si el primer índice de modulación MI_source es igual al segundo índice de modulación MI_line, el proceso también puede ir alternativamente al bloque 804.
[0031] En el bloque 803, el valor absoluto del comando de compensación fundamental Vdcoffset se compara con el valor excedente del índice de modulación S_MIsp del convertidor en el lado de fuente 14. Si el valor absoluto de la orden de compensación fundamental Vdcoffset es mayor o igual que el valor excedente del índice de modulación S_MIsp, y entonces el proceso pasa al bloque 805. Si el valor absoluto de la orden de compensación fundamental Vdcoffset es menor que el valor excedente del índice de modulación S_MIsp, y entonces el proceso pasa al bloque 806. En otras realizaciones, si el valor absoluto de la orden de compensación fundamental Vdcoffset es igual al valor excedente del índice de modulación S_MIsp, el proceso también puede ir alternativamente al bloque 806.
[0032] En el bloque 804, el valor absoluto del comando de compensación fundamental Vdcoffset se compara con el valor excedente del índice de modulación L_MIsp del convertidor en el lado de línea 15. Si el valor absoluto de la orden de compensación fundamental Vdcoffset es mayor o igual que el valor excedente del índice de modulación L_MIsp, y entonces el proceso pasa al bloque 807. Si el valor absoluto de la orden de compensación fundamental Vdcoffset es menor que el valor excedente del índice de modulación L_MIsp, y entonces el proceso pasa al bloque 808. En otras realizaciones, si el valor absoluto de la orden de compensación fundamental Vdcoffset es igual al valor excedente del índice de modulación L_MIsp, el proceso también puede ir alternativamente al bloque 808.
[0033] En el bloque 805, cuando el comando de compensación fundamental Vdcoffset es un valor positivo, el valor excedente del índice de modulación S_MIsp (porción permisible) actúa como el primer comando de compensación Ccmdl utilizado para inyectar en la primera unidad de suma 140, y la diferencia entre el comando de compensación fundamental Vdcoffset y el valor excedente del índice de modulación S_MIsp actúa como el segundo comando de compensación Ccmd2 utilizado para inyectar en la segunda unidad de suma 150. Cuando el comando de compensación fundamental Vdcoffset es un valor negativo, el negativo del valor excedente del índice de modulación S_MIsp (porción permisible) actúa como el primer comando de compensación Ccmdl utilizado para inyectar en la primera unidad de suma 140, y la diferencia entre el comando de compensación fundamental Vdcoffset y el negativo del valor excedente del índice de modulación S_MIsp actúa como el segundo comando de compensación Ccmd2 utilizado para inyectar en la segunda unidad de suma 150.
[0034] En el bloque 806, el comando de compensación fundamental Vdcoffset actúa como el primer comando de compensación Ccmdl utilizado para inyectar en la primera unidad de suma 140, y el segundo comando de compensación Ccmd2 es igual a cero.
[0035] En el bloque 807, cuando el comando de compensación fundamental Vdcoffset es un valor positivo, el valor excedente del índice de modulación L_MIsp (porción permisible) actúa como el segundo comando de compensación Ccmd2 utilizado para inyectar en la segunda unidad de suma 150, y la diferencia entre el comando de compensación fundamental Vdcoffset y el valor excedente del índice de modulación L_MIsp actúa como el primer comando de compensación Ccmdl utilizado para inyectar en la primera unidad de suma 140. Cuando el comando de compensación fundamental Vdcoffset es un valor negativo, el negativo del valor excedente del índice de modulación L_MIsp (porción permisible) actúa como el segundo comando de compensación Ccmd2 utilizado para inyectar en la segunda unidad de suma 150, y la diferencia entre el comando de compensación fundamental Vdcoffset y el negativo del valor excedente del índice de modulación L_MIsp actúa como el primer comando de compensación Ccmdl utilizado para inyectar en la primera unidad de suma 140.
[0036] En el bloque 808, el comando de compensación fundamental Vdcoffset actúa como el segundo comando de compensación Ccmd2 utilizado para inyectar en la segunda unidad de suma 150, y el primer comando de compensación Ccmdl es igual a cero.
[0037] Refiriéndose a la FIG. 9, se muestra un diagrama simulado de las tendencias de tensión en los condensadores superior e inferior C1 y C2 del sistema de conversión de potencia 10 de la FIG. 2 usando el método de control 800. Las curvas de tendencia de tensión A2 y B2 del condensador superior C1 y del condensador inferior C2 convergen entre sí gradualmente, lo que es bueno para equilibrar la tensión del punto neutro.
[0038] Aunque las características específicas de varias realizaciones de la invención pueden mostrarse y/o describirse con respecto a algunos dibujos y no en otros, esto es sólo por conveniencia. Debe entenderse que los rasgos, estructuras y/o características descritos pueden combinarse de cualquier manera adecuada en las diversas realizaciones. Además, aunque la invención se ha descrito con referencia a realizaciones ejemplares, los expertos en la materia entenderán que se pueden realizar diversos cambios y sustituir elementos de las mismas por otros equivalentes sin apartarse del alcance de la invención. Además, pueden hacerse muchas modificaciones para adaptar una situación o material particular a las enseñanzas de la invención sin apartarse del alcance esencial de la misma. Por lo tanto, se pretende que la invención no se limite a la realización particular divulgada como el modo preferido contemplado para llevar a cabo esta invención, sino que la invención incluirá todas las realizaciones que caen dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (13)

r e iv in d ic a c io n e s
1. Un sistema de control (100) configurado para proporcionar órdenes a un convertidor en el lado de fuente (14) y a un convertidor en el lado de línea (15) de un sistema de conversión de potencia para equilibrar una tensión de punto neutro en un enlace de CC entre el convertidor en el lado de fuente y el convertidor en el lado de línea, el sistema de control (100) comprende:
una primera unidad de control fundamental (110) configurada para generar una primera orden fundamental para implementar la operación de conversión de potencia fundamental para el convertidor en el lado de fuente (14);
una segunda unidad de control fundamental (120) configurada para generar una segunda orden fundamental para implementar la operación de conversión de potencia fundamental para el convertidor en el lado de línea (15); y caracterizada por:
una unidad de control de compensación (130) que comprende:
un comparador (134) configurado para comparar un primer índice de modulación (MI_source) del convertidor en el lado de fuente (14) y un segundo índice de modulación (MI_line) del convertidor en el lado de línea (15);
un primer elemento de cálculo (135) configurado, cuando el primer índice de modulación (MI_source) es menor que el segundo índice de modulación (MI_line), para recibir una orden de compensación fundamental (Vdcoffset) y generar una primera orden de compensación en el lado de fuente (Vdcoffset S1) para inyectarla en la primera orden fundamental y, cuando la primera orden de compensación en el lado de fuente no es suficiente para equilibrar la tensión del punto neutro, para generar además una primera orden de compensación en el lado de línea (Vdcoffset_L1) para inyectarla en la segunda orden fundamental; y
un segundo elemento de cálculo (136) configurado, cuando el primer índice de modulación (MI source) es mayor que el segundo índice de modulación (MI_line), para recibir la orden de compensación fundamental (Vdcoffset) y generar una segunda orden de compensación en el lado de línea (Vdcoffset_L2) para su inyección en la segunda orden fundamental y, cuando la segunda orden de compensación en el lado de línea no es suficiente para equilibrar la tensión del punto neutro, para generar además una segunda orden de compensación en el lado de fuente (Vdcoffset_S2) para su inyección en la primera orden fundamental.
2. El sistema de control (100) de la reivindicación 1, en el que la unidad de control de compensación (130) comprende además un elemento de conmutación (133) configurado para recibir la orden de compensación fundamental (Vdcoffsest) y para emitir la orden de compensación fundamental a uno del primer y segundo elemento de cálculo (135,136) según los resultados de comparación del comparador (134).
3. El sistema de control (100) de cualquier reivindicación anterior, que comprende además:
un elemento de diferencia (131) configurado para obtener una señal de error de tensión (Vdc_err) representativa del desequilibrio de la tensión del punto neutro; y
un regulador de tensión de punto neutro (132) configurado para recibir la señal de error de tensión (Vdc_err) y proporcionar la orden de compensación fundamental (Vdcoffset) para llevar la señal de error de tensión hacia cero.
4. El sistema de control (100) de la reivindicación 3, en el que el regulador de tensión del punto neutro (132) comprende un elemento de filtro (1321) y un regulador proporcional integral (PI) (1322) combinado con un limitador (1323).
5. El sistema de control (100) de cualquier reivindicación anterior, en el que, cuando el primer índice de modulación (MI_source) es menor que el segundo índice de modulación (MI_line), el primer elemento de cálculo (135) está configurado para:
determinar si el valor absoluto de la orden de compensación fundamental (Vdcoffset) es mayor que un valor excedente del índice de modulación (S_MIsp) del convertidor en el lado de fuente (14);
cuando el valor absoluto de la orden de compensación fundamental (Vdcoffset) es mayor que un valor excedente del índice de modulación del convertidor en el lado de fuente (14), ajustando la primera orden de compensación en el lado de fuente (Vdcoffset_S1) para que sea igual al valor excedente del índice de modulación si la orden de compensación fundamental es un valor positivo, o ajustando la primera orden de compensación en el lado de fuente (Vdcoffset_S1) para que sea igual al negativo del valor excedente del índice de modulación si la orden de compensación fundamental es un valor negativo y ajustando la primera orden de compensación en el lado de línea (Vdcoffset_L1) para que sea igual a la diferencia entre la orden de compensación fundamental y el valor excedente del índice de modulación (S MIsp) si la orden de compensación fundamental (Vdcoffset) es un valor positivo, o ajustando la primera orden de compensación en el lado de línea para que sea igual a la diferencia entre la orden de compensación fundamental y el negativo del valor excedente del índice de modulación (S_MIsp) si la orden de compensación fundamental es un valor negativo; y
cuando el valor absoluto de la orden de compensación fundamental (Vdcoffset) es menor que el valor excedente del índice de modulación del convertidor en el lado de fuente (14), ajustando la primera orden de compensación en el lado de fuente para que sea igual a la orden de compensación fundamental (Vdcoffset), y ajustando la primera orden de compensación en el lado de línea (Vdcoffset_L1) para que sea igual a cero.
6. El sistema de control (100) de cualquier reivindicación anterior, en el que el sistema de control (100), cuando el primer índice de modulación (MI_source) es mayor que el segundo índice de modulación (MI_line), está configurado además para:
determinar si el valor absoluto de la orden de compensación fundamental (Vdcoffset) es mayor que un valor excedente del índice de modulación (S MIsp) del convertidor en el lado de línea (15);
cuando el valor absoluto de la orden de compensación fundamental (Vdcoffset) es mayor que un valor excedente del índice de modulación del convertidor en el lado de línea (15),
establecer el segundo comando de compensación en el lado de línea (Vdcoffset_L2) para que sea igual al valor excedente del índice de modulación si el comando de compensación fundamental es un valor positivo, o establecer el segundo comando de compensación en el lado de línea para que sea igual al negativo del valor excedente del índice de modulación (S MIsp) si el comando de compensación fundamental es un valor negativo, y ajustar la segunda orden de compensación en el lado de la fuente para que sea igual a la diferencia entre la orden de compensación fundamental y el valor excedente del índice de modulación si la orden de compensación fundamental es un valor positivo, o ajustar la segunda orden de compensación en el lado de fuente (Vdcoffset_L2) para que sea igual a la diferencia entre la orden de compensación fundamental y el negativo del valor excedente del índice de modulación si la orden de compensación fundamental es un valor negativo; y
cuando el valor absoluto de la orden de compensación fundamental (Vdcoffset) es menor que el valor excedente del índice de modulación (S_MIsp) del convertidor en el lado de línea (15), ajustar la segunda orden de compensación en el lado de línea para que sea igual a la orden de compensación fundamental, y ajustar la segunda orden de compensación en el lado de fuente (Vdcoffset_L2) para que sea igual a cero.
7. El sistema de control (100) de cualquier reivindicación anterior, en el que la primera unidad de control fundamental (110) comprende un primer elemento de diferencia (111) configurado para obtener una señal de error de corriente activa, un segundo elemento de diferencia (112) configurado para obtener una señal de error de corriente reactiva, un bloque de control de corriente fundamental (113) configurado para convertir la señal de error de corriente activa y la señal de error de corriente reactiva en una orden activa y una orden reactiva en coordenadas dq respectivamente, y un bloque de transformación dq/abc (114) configurado para transformar la orden activa y la orden reactiva en coordenadas dq a las primeras órdenes fundamentales en coordenadas abc.
8. El sistema de control (100) de cualquier reivindicación anterior, en el que la segunda unidad de control fundamental (120) comprende un primer elemento de diferencia (111) configurado para obtener una señal de error de corriente activa, un segundo elemento de diferencia (112) configurado para obtener una señal de error de corriente reactiva, un bloque de control de corriente fundamental (113) configurado para convertir la señal de error de corriente activa y la señal de error de corriente reactiva en un comando activo y un comando reactivo en coordenadas dq respectivamente, y un bloque de transformación dq/abc (114) configurado para transformar el comando activo y el comando reactivo en coordenadas dq a los segundos comandos fundamentales en coordenadas abc.
9. El sistema de control (100) de cualquier reivindicación anterior, en el que el comparador (134) comprende una banda de histéresis configurada para comparar los índices de modulación primero y segundo.
10. El sistema de control (100) de cualquier reivindicación anterior, que comprende además:
una primera unidad de suma (140) configurada para inyectar la primera orden de compensación en el lado de fuente (Vdcoffset_S1) o la segunda orden de compensación en el lado de fuente (Vdcoffset_S2) en la primera orden fundamental; y
una segunda unidad de suma (150) configurada para inyectar la primera orden de compensación en el lado de línea (Vdcoffset_L1) o la segunda orden de compensación en el lado de línea (Vdcoffset_L2) en la segunda orden fundamental.
11. Método de control (800) para equilibrar la tensión del punto neutro entre un convertidor en el lado de fuente (14) y un convertidor en el lado de línea (15) de un sistema de conversión de potencia, el método de control comprende:
generar un primer comando fundamental para implementar la operación de conversión de potencia fundamental para el convertidor en el lado de fuente (14);
generar un segundo comando fundamental para implementar la operación de conversión de potencia fundamental para el convertidor en el lado de línea (15); caracterizado por:
obtener (801) un primer índice de modulación (MI_source) del convertidor en el lado de fuente (14) y un segundo índice de modulación (MI_line) del convertidor en el lado de línea (15);
determinar (802) si el primer índice de modulación es menor que el segundo índice de modulación; cuando el primer índice de modulación (MI source) es menor que el segundo índice de modulación (MI_line), generar una primera orden de compensación en el lado de fuente (Vdcoffset_S1) para inyectarla en la primera orden fundamental y, cuando la primera orden de compensación en el lado de fuente no es suficiente para equilibrar la tensión del punto neutro, generar además una primera orden de compensación en el lado de línea (Vdcoffset_L1) para inyectarla en la segunda orden fundamental; y
cuando el primer índice de modulación (MI_source) es mayor que el segundo índice de modulación MI_line), generar una segunda orden de compensación en el lado de línea (Vdcoffset_L2) para su inyección en la segunda orden fundamental y, cuando la segunda orden de compensación en el lado de línea no es suficiente para equilibrar la tensión del punto neutro, generar además una segunda orden de compensación en el lado de fuente (Vdcoffset_S2) para su inyección en la primera orden fundamental.
12. El método de control (800) de la reivindicación 11, cuando el primer índice de modulación (MI_source) es menor que el segundo índice de modulación (MI_line), comprendiendo además:
determinar si el valor absoluto de la orden de compensación fundamental es mayor que un valor excedente del índice de modulación (S MIsp) del convertidor en el lado de fuente (14);
cuando el valor absoluto de la orden de compensación fundamental es mayor que un valor excedente del índice de modulación del convertidor en el lado de fuente (14), ajustando la primera orden de compensación en el lado de fuente (Vdcoffset_S1) para que sea igual al valor excedente del índice de modulación (S MIsp) si la orden de compensación fundamental es un valor positivo, o ajustando la primera orden de compensación en el lado de fuente para que sea igual al negativo del valor excedente del índice de modulación si la orden de compensación fundamental es un valor negativo y ajustando la primera orden de compensación en el lado de línea para que sea igual a la diferencia entre la orden de compensación fundamental y el valor excedente del índice de modulación (S_MIsp) si la orden de compensación fundamental es un valor positivo, o ajustando la primera orden de compensación en el lado de línea para que sea igual a la diferencia entre la orden de compensación fundamental (Vdcoffset) y el negativo del valor excedente del índice de modulación si la orden de compensación fundamental es un valor negativo; y cuando el valor absoluto de la orden de compensación fundamental (Vdcoffset) es menor que el valor excedente del índice de modulación (S MIsp) del convertidor en el lado de fuente (14), ajustando la primera orden de compensación en el lado de fuente (Vdcoffset_S1) para que sea igual a la orden de compensación fundamental, y ajustando la primera orden de compensación en el lado de línea (Vdcoffset_L1) para que sea igual a cero.
13. El método de control (800) de la reivindicación 11 o la reivindicación 12, cuando el primer índice de modulación (MI_source) es mayor que el segundo índice de modulación (MI_line), comprende además:
determinar si el valor absoluto de la orden de compensación fundamental (Vdcoffset) es mayor que un valor excedente del índice de modulación (S MIsp) del convertidor en el lado de línea (15);
cuando el valor absoluto de la orden de compensación fundamental (Vdcoffset) es mayor que un valor excedente del índice de modulación (S MIsp) del convertidor en el lado de línea (15), ajustando la segunda orden de compensación en el lado de línea (Vdcoffset_L2) para que sea igual al valor excedente del índice de modulación si la orden de compensación fundamental es un valor positivo, o ajustando la segunda orden de compensación en el lado de línea (Vdcoffset_L2) para que sea igual al negativo del valor excedente del índice de modulación (S_MIsp) si la orden de compensación fundamental es un valor negativo, y ajustando la segunda orden de compensación en el lado de fuente para que sea igual a la diferencia entre la orden de compensación fundamental (Vdcoffset) y el valor excedente del índice de modulación si la orden de compensación fundamental es un valor positivo, o ajustando la segunda orden de compensación en el lado de fuente (Vdcoffset_S2) para que sea igual a la diferencia entre la orden de compensación fundamental y el negativo del valor excedente del índice de modulación si la orden de compensación fundamental es un valor negativo;
cuando el valor absoluto de la orden de compensación fundamental (Vdcoffset) es menor que el valor excedente del índice de modulación (S_MIsp) del convertidor en el lado de línea (14), ajustando la segunda orden de compensación en el lado de línea (Vdcoffset_L2) para que sea igual a la orden de compensación fundamental (Vdcoffset), y ajustando la segunda orden de compensación en el lado de fuente (Vdcoffset_S2) para que sea igual a cero.
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