WO2019068951A1 - Método de balance de tensiones de los condensadores del bus de corriente continua de un convertidor npc - Google Patents

Método de balance de tensiones de los condensadores del bus de corriente continua de un convertidor npc Download PDF

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Francisco SALAS GÓMEZ
Federico CUESTA ROJO
Antonio VENTOSA CUTILLAS
Fabio GÓMEZ-ESTERN AGUILAR
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters

Definitions

  • the present invention is encompassed within the scope of control methods of multilevel power converters.
  • the object of the present invention is a method for controlling the voltage balance of the DC bus capacitors of a three-level NPC (Neutral-Point-Clamped) power converter.
  • These power converters are electronic systems capable of altering the characteristics of the voltage and current they receive, transforming them in an optimized manner for the specific application to which they are to be used.
  • DCC Dynamicode-Clamped Converter
  • Flying Capacitor Converter floating capacitor converter
  • Single-phase bridge cascade power converter Cascaded Full- Briged Converter
  • the present invention describes a voltage balancing method of the DC bus capacitors of a three-level NPC power converter comprising a first and a second capacitor that make up the DC bus and which are associated with a plurality of elements of switching that transform the input signal they receive.
  • the method comprises the following steps:
  • phase intensities i a , i b , i c
  • capacitor voltages v c1 , v c2
  • b) assign a value to a third component of the reference voltage u Y as a function of the sign of the voltage difference between the capacitors, and of the phase currents (i a , i b , i c ), and
  • the method receives from an external power control unit the first and second components u a , u ⁇ . Additionally, the phase currents (i a , i b , i c ) and the capacitor voltages (v c1 , v c2 ) are received from the three-level NPC power converter itself.
  • This method allows to assign the value of the third component y Y to obtain the reference tensions in abe coordinates by using the Clarke-Concordia transform and thus obtain transformed components u a , u b u c , through which to generate a work cycle according to said tensions, which is applied to the three-level NPC power converter through a modulation unit.
  • the stress balance is achieved simply and efficiently and without increasing the number of switching operations performed by the plurality of switching elements.
  • the normalization in ⁇ coordinates must be consistent with the previous one, after making this Clarke-Concordia transformation of the reference voltage.
  • v d v C1 - v C2
  • the terms in parentheses represent the work cycles of each of the phases in positive and negative levels. This method requires in each phase (abe) that one of these levels be zero, so that the previous derivative can be expressed as a function of the transformed components u a , u b , u c of the reference voltage, such as:
  • the method is based on minimizing the function at each sampling time:
  • the sign function (v d ) returns a number according to the following rules:
  • Figure 1 shows a view of a connection diagram of a three-level NPC power converter to be controlled by the method of the present invention.
  • Figure 2. Shows a schematic view of the reference voltages and the established limit values.
  • Figure 3. Shows a schematic view of the evolution of the phase currents in a simulated example.
  • Figure 4 shows a schematic view of the evolution of the voltage difference between the first and the second capacitor in a simulated example.
  • Figure 5. Shows a schematic view of the evolution of the active levels for each phase together with its average value in a simulated example.
  • the method is used to balance the voltages of the DC bus capacitors of a three-level NPC power converter (2) comprising said capacitors associated with a plurality of switching elements not shown and that it is linked, as shown in Figure 1, with at least one external power control unit (3), and with a modulation unit (4).
  • the phase currents (i a , i b , i c ), the capacitor voltages (v c1 , v c2 ), and the first and second component of the reference voltage in coordinates ⁇ , u a yu ⁇ which have been calculated by the external power control unit (3).
  • This method makes it possible to assign a value to the third component of the reference voltage u Y , to subsequently carry out the calculation of the reference voltages in abe coordinates by means of the Clarke-Concordia transformation.
  • the method comprises the following steps: a) receiving the phase currents (i a , i b , i c ), the capacitor voltages
  • stage b) comprises the sub-steps:
  • stage c) comprises the following sub-steps:
  • floor (x) indicates the largest integer less than x
  • the method comprises a step d) which in turn comprises sending the work cycles to said modulation unit (4).
  • the control device (1) executing said method described above is linked as shown in Figure 1, with the NPC power converter of three levels (2), with a unit of external power control (3), and with a modulation unit (4). Additionally, the three-level NPC power converter (2) is linked to the power control unit (3) and to the modulation unit (4).
  • the three-level NPC power converter (2) receives a three-phase input signal and generates a DC output signal by switching the switching elements. Note that because these three-level NPC power converters are reversible, the conversion could also be from direct current to three-phase alternating current.
  • the control device (1) comprises a plurality of inputs to receive the phase currents (i a , i b , i c ) and the voltage of the capacitors (v c1 , v c2 ) from the three-level NPC power converter (2), and the values of the components u a and b ⁇ , from the power control unit (3).
  • control device (1) comprises a microprocessor and a memory linked to said microprocessor, where the memory in turn comprises instructions that enable the microprocessor to: a) receive the value of the phase currents (i a , i) b , i c ) and the voltage of the capacitors (v c1 , v c2 ) and the values of the first and second component u a and b ⁇ of the reference voltage,
  • the simulation has been carried out in Matlab-Simulink implementing the pulses of the IGBTs from the work cycles obtained with the method claimed by the PWM technique using a triangular wave of period equal to the period of sampling.
  • figure 3 shows the evolution of the intensities that are not affected by the proposed method.
  • Figure 4 shows the evolution of the voltage difference that, starting from the initial value of 100 V, quickly approaches zero and remains close to this value.
  • Figure 5 shows the evolution of the active level in each phase during the first part of the simulation together with its averaged value.

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Abstract

La presente invención describe un método de balance de tensión de los condensadores del bus de corriente continua de un convertidor de potencia NPC (Neutral-Point-Clamped) de tres niveles que comprende un primer y un segundo condensador que conforman el bus de continua y que están asociados a una pluralidad de elementos de conmutación. Concretamente este método de control comprende obtener los ciclos de trabajo en función de las componentes de la tensión de referencia para minimizar el número de conmutaciones de los elementos de conmutación del convertidor de potencia NPC de tres niveles.

Description

MÉTODO DE BALANCE DE TENSIONES DE LOS CONDENSADORES DEL BUS DE CORRIENTE CONTINUA DE UN CONVERTIDOR NPC
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se engloba dentro del ámbito de los métodos de control de convertidores de potencia multinivel.
Más concretamente, el objeto de la presente invención es un método para el control del balance de tensiones de los condensadores del bus de continua de un convertidor de potencia NPC (Neutral-Point-Clamped) de tres niveles. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Actualmente, el uso de convertidores de potencia está altamente extendido en distintos sectores industriales que trabajan en media y alta potencia, tal como: procesos electromecánicos o electroquímicos, sistemas de almacenamiento de energía, sistemas renovables de generación eléctrica, transmisión de energía o fuentes de energía ininterrumpida.
Estos convertidores de potencia son sistemas electrónicos capaces de alterar las características de la tensión y de la corriente que reciben, transformándolas de manera optimizada para la aplicación específica a la que vayan a ser destinadas.
Desde la aparición de la topología NPC de convertidores de potencia multinivel, tal y como está descrito por A. Nabea et al. en "A Neutral-Point Clamped PWM Inverter", IEEE Transactions on Industrial Applications, volumen: IA-17, número: 5, páginas: 518- 523, 1981 , el uso de los convertidores de potencia multinivel en aplicaciones con requerimientos de media y alta potencia eléctrica se ha ido extendiendo progresivamente.
Esto es debido a que los convertidores de potencia NPC de tres niveles, en comparación con otras topologías, presentan una elevada tensión de salida, una reducción de la distorsión de los armónicos así como del desgaste de los dispositivos semiconductores o un flujo de potencia bidireccional, entre otras ventajas.
El número de dispositivos semiconductores de potencia y de condensadores que conforman el convertidor de potencia multinivel, así como la estructura de la vinculación entre sí, depende de la topología del propio convertidor de potencia multinivel. Algunas otras topologías más comunes son el convertidor de potencia con diodos anclados DCC (Diode-Clamped Converter), el convertidor de potencia con condensadores flotantes (Flying Capacitor Converter), o el convertidor de potencia con conexión en cascada de puentes monofásicos (Cascaded Full-Briged Converter).
A pesar de las ventajas de los convertidores de potencia multinivel, su control no es una tarea sencilla y, asimismo la complejidad aumenta conforme se incrementa el número de niveles. Adicionalmente, cabe destacar el problema del balance de tensiones de los condensadores del bus de continua. Actualmente, el balance de tensiones de los condensadores del bus de continua es uno de los mayores problemas que presentan los convertidores de potencia NPC de tres niveles, ya que el desbalance de tensiones de los condensadores del bus de continua produce un deterioro en la forma senoidal de las tensiones que da lugar a un funcionamiento no deseado del convertidor de potencia multinivel, e incluso puede suponer el también deterioro de los condensadores, así como del convertidor de potencia multinivel completo.
Un ejemplo de dispositivo de control para convertidores de potencia NPC de tres niveles, que pretende solucionar estos problemas, está descrito por Stala, R., et al. en "Application of Balancing Circuit for DC-link Voltages Balance in a Single-Phase Diode- Clamped Inverter wit Two Three-Level Legs", IEEE Transactions on Industrial Electronics, 58(9), 4185-4195, 201 1 . Más concretamente, este dispositivo de control se basa en la inclusión de circuitería adicional, tipo circuito RLC pasivo, para mantener fijas las tensiones de los condensadores lo que supone un importante aumento en el coste del sistema, así como en el tamaño y peso del mismo.
Actualmente, en el control de convertidores de potencia NPC de tres niveles es usual trabajar con modelos promediados donde los valores promediados de las señales discretas de actuación se consideran señales continuas. Para implementar las instrucciones de control resultantes de estos modelos se necesita una fase de discretizacion, normalmente conocida como modulación. El objetivo de esta fase de modulación es el cálculo de los valores discretos de las señales de actuación (destinadas a la apertura o cierre de los elementos de conmutación del convertidor de potencia NPC) en función de los valores promediados calculados. Las técnicas de modulación más utilizadas son Carrier-Based Pulse Widt Modulation (CB-PWM) y Space Vector Modulation (SVM), teniendo ambas múltiples variantes.
Los métodos de control para el balance de tensiones en convertidores de potencia NPC de tres niveles basados en la modulación, si bien requieren algoritmos y estrategias de control muy elaboradas, representan una apuesta más económica que el uso de circuitería adicional. Algunos de estos complejos métodos están descritos por J. Pou et al. en "Fast-Processing Modulation Strategy for the Neutral-Point- Clamped Converter wit Total Elimination of Low-Frequency Voltage Oscillations in the Neutral Point" IEEE Transactions on Industrial Electronics; 54(4):2288-2294, 2007, o por A. Lewicki et al. en "Space-Vector Pulsewidth Modulation for Three-Level NPC Converter with the Neutral Point Voltage Control", IEEE Transactions on Industrial Electronics; 58(1 1 ):5076-5086, 201 1 .
Habitualmente estos métodos de control aumentan la complejidad del algoritmo y el número de conmutaciones de los elementos de conmutación con lo que aumentan las pérdidas eléctricas.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención describe un método de balance de tensiones de los condensadores del bus de corriente continua de un convertidor de potencia NPC de tres niveles que comprende un primer y un segundo condensador que conforman el bus de continua y que están asociados a una pluralidad de elementos de conmutación que transforman la señal de entrada que reciben.
Concretamente, el método comprende las siguientes etapas:
a) recibir unas intensidades de fase (ia, ib, ic), unas tensiones de los condensadores (vc1 , vc2), una primera y segunda componente de una tensión de referencia en coordenadas αβγ, ua y uβ, b) asignar un valor a una tercera componente de la tensión de referencia uY en función del signo de la diferencia de tensiones entre los condensadores, y de las intensidades de fase (ia, ib, ic), y
c) obtener los ciclos de trabajo en función de las componentes de la tensión de referencia para minimizar el número de conmutaciones de los elementos de conmutación del convertidor de potencia NPC de tres niveles.
Concretamente, el método recibe de una unidad de control de potencia externa la primera y la segunda componente ua, uβ. Adicionalmente las intensidades de fase (ia, ib, ic) y las tensiones de los condensadores (vc1 , vc2) son recibidas del propio convertidor de potencia NPC de tres niveles.
Este método permite asignar el valor de la tercera componente uY para obtener las tensiones de referencia en coordenadas abe mediante el uso de la transformada de Clarke-Concordia y así obtener unas componentes transformadas ua, ub uc, mediante las cuales generar un ciclo de trabajo acorde a dichas tensiones, que es aplicado al convertidor de potencia NPC de tres niveles a través de una unidad de modulación. De este modo se consigue el balance de tensiones de forma sencilla y eficiente y sin aumentar el número de conmutaciones realizado por la pluralidad de elementos de conmutación.
Más concretamente, dichas componentes transformadas ua, ub y uc representan los valores normalizados de las componentes transformadas en el sentido que el valor ua = -1 corresponde al caso en el que la fase a está conectada al valor inferior de tensión, ua = 0 corresponde al valor intermedio y ua = 1 al valor superior. La normalización en coordenadas αβγ debe ser consistente con la anterior, tras realizar dicha transformación de Clarke-Concordia de la tensión de referencia.
Esto se basa en la ecuación diferencial que gobierna la diferencia de tensiones entre los condensadores (vc1 , vc2), la cual se expresa de la forma:
Figure imgf000006_0001
Donde la diferencia de tensiones se expresa como la resta de la tensión del primer y el segundo condensador, vd = vC1 - vC2 y los términos entre paréntesis representan los ciclos de trabajo de cada una de las fases en nivel positivo y negativo. Este método impone en cada fase (abe) que uno de estos niveles sea cero, de modo que la derivada anterior se puede expresar en función de las componentes transformadas ua, ub, uc de la tensión de referencia tal y como:
Figure imgf000007_0001
El método se basa en minimizar en cada instante de muestreo la función:
Figure imgf000007_0002
La función signo(vd) devuelve un número de acuerdo a las siguientes reglas:
• cuando vd es superior a 0 su resultado es 1 ,
• cuando vd es igual a 0 su resultado es 0,
• cuando vd es inferior a 0 su resultado es -1 , El problema de optimización planteado es lineal a tramos por lo que basta evaluar la función de coste en una serie de puntos (como máximo 5) y elegir el menor de ellos.
De este modo, por medio de una lógica y unas fórmulas extraordinariamente simples es posible calcular las señales discretas, resolviendo al mismo tiempo el problema del balance de tensiones en convertidores de potencia NPC de tres niveles. Los beneficios frente a los métodos existentes son su simplicidad, que redunda en un menor coste computacional y su eficiencia, ya que se mantiene bajo el número de conmutaciones lo que mantienen bajas las pérdidas sin requerir la inclusión de circuitería adicional.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: Figura 1.- Muestra una vista de un esquema de conexiones de un convertidor de potencia NPC de tres niveles a controlar mediante el método de la presente invención.
Figura 2.- Muestra una vista esquemática de las tensiones de referencia y los valores límite establecidos.
Figura 3.- Muestra una vista esquemática de la evolución de las corrientes de fase en un ejemplo simulado. Figura 4.- Muestra una vista esquemática de la evolución de la diferencia de tensiones entre el primer y el segundo condensador en un ejemplo simulado.
Figura 5.- Muestra una vista esquemática de la evolución de los niveles activos para cada fase junto a su valor promedio en un ejemplo simulado.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
En una realización preferente de la presente invención el método se utiliza para balancear las tensiones de los condensadores del bus de corriente continua de un convertidor de potencia NPC de tres niveles (2) que comprende dichos condensadores asociados a una pluralidad de elementos de conmutación no representados y que está vinculado, tal y como se muestra en la figura 1 , con al menos una unidad de control de potencia externa (3), y con una unidad de modulación (4). Para este método son conocidas, las intensidades de fase (ia, ib, ic), las tensiones de los condensadores (vc1 , vc2), y la primera y segunda componente de la tensión de referencia en coordenadas αβγ, ua y uβ, las cuales se han calculado mediante la unidad de control de potencia externa (3). Este método permite asignar un valor a la tercera componente de la tensión de referencia uY, para realizar posteriormente el cálculo de las tensiones de referencia en coordenadas abe mediante la transformación de Clarke-Concordia.
Más concretamente, el método comprende las siguientes etapas: a) recibir las intensidades de fase (ia, ib, ic), las tensiones de los condensadores
(vc1 , vc2), la primera y segunda componente ua y uβ, b) Asignar un valor a la tercera componente uY en función del signo de la diferencia de tensiones entre los condensadores, y de las intensidades de fase
( ua, ib,i c y
c) obtener ciclos de trabajo en función de las componentes ua, uβ, y uY para minimizar el número de conmutaciones de los elementos de conmutación del convertidor de potencia NPC de tres niveles.
Más concretamente, la etapa b) comprende las subetapas:
• obtener a partir de las componentes ua, uβ, y uY las componentes transformadas ua, ub y uc, mediante la transformada de Clarke-Concordia, donde los valores las componentes transformadas ua, ub y uc, están limitados entre un límite superior e inferior. Este límite superior e inferior es 1 y -1 respectivamente,
Más concretamente para obtener dichas componentes transformadas ua, ub y uc se realizan las siguientes etapas:
• Expresar las componentes transformadas ua, ub y uc según las siguientes ecuaciones:
Figure imgf000009_0001
donde, estas ecuaciones corresponden a tres rectas paralelas acordes a la figura 2, donde a, δby δc son valores fijos, x un valor variable que está comprendido entre xmin y xmax, y ua, ub y uc deben estar comprendidas entre -1 y 1 .
• calcular las ordenadas en el origen de las tres rectas paralelas:
Figure imgf000009_0002
Figure imgf000010_0002
denominar δι al menor de los valores anteriores δα , δb y δc y δ3 al mayor de dichos valores anteriores δa , 8b y 8c ,
obtener los valores de xmin y xmax, según:
Figure imgf000010_0003
calcular los valores de x para os que se anulan las componentes transformadas ua, ub y uc, según:
Figure imgf000010_0004
formar un conjunto de puntos x dentro de los valores xmin y xmax y calcular la función objetivo a minimizar, según:
Figure imgf000010_0001
seleccionar el valor de la variable x* que minimiza la función objetivo eligiendo el valor mínimo de los siguientes casos:
Figure imgf000010_0005
obtener las componentes transformadas ua, ub y uc, de la tensión de referencia con el valor variable x*, según
Figure imgf000010_0006
Mientras que la etapa c) comprende las siguientes subetapas:
• calcular los niveles adyacentes, redondeando las tensiones ua, ub y uc al menor entero más cercano
li1 = floor(u¡) (siendo u¡ cada una de ua, ub y uc)
Figure imgf000011_0002
donde floor(x) indica el mayor entero menor que x, y
• calcular los ciclos de trabajo (d) asociados a li1 y li2
Figure imgf000011_0001
A continuación se debe realizar la implementación de estos ciclos de trabajo, por ejemplo pero no exclusivamente, mediante una modulación por ancho de pulso (PWM) implementada por una unidad de modulación (4) en sus distintas variantes. Es decir el método comprende una etapa d) que a su vez comprende enviar los ciclos de trabajo a dicha una unidad de modulación (4). Para comprobar el funcionamiento del método, el dispositivo de control (1 ) que ejecuta dicho método descrito anteriormente, se vincula tal y como se muestra en la figura 1 , con el convertidor de potencia NPC de tres niveles (2), con una unidad de control de potencia externa (3), y con una unidad de modulación (4). Adicionalmente, el convertidor de potencia NPC de tres niveles (2) está vinculado con la unidad de control de potencia (3) y con la unidad de modulación (4).
De este modo, el convertidor de potencia NPC de tres niveles (2) recibe una señal de entrada trifásica y genera mediante la conmutación de los elementos de conmutación una señal de salida de corriente continua. Destacar que debido a que estos convertidores de potencia NPC de tres niveles son reversibles, la conversión también podría ser de corriente continua a corriente alterna trifásica.
El dispositivo de control (1 ) comprende una pluralidad de entradas para recibir las intensidades de fase (ia, ib, ic) y la tensión de los condensadores (vc1 , vc2) desde el convertidor de potencia NPC de tres niveles (2), y los valores de las componentes ua y uβ, desde la unidad de control de potencia (3). Más concretamente, el dispositivo de control (1 ) comprende un microprocesador y una memoria vinculada con dicho microprocesador, donde la memoria a su vez comprende instrucciones que capacitan al microprocesador para: a) recibir el valor de las intensidades de fase (ia, ib, ic) y la tensión de los condensadores (vc1 , vc2) y los valores la primera y segunda componente ua y uβ de la tensión de referencia,
b) asignar el valor de la tercera componente uY de la tensión de referencia en función del signo de la diferencia de tensiones entre los condensadores y de las intensidades de fase, y
c) obtener los ciclos de trabajo en función de la tensión de referencia para minimizar el número de conmutaciones de los elementos de conmutación del convertidor de potencia NPC de tres niveles.
Adicionalmente el dispositivo de control (1 ) comprende una salida para enviar los ciclos de trabajo de cada nivel en cada fase que se implementan posteriormente en la unidad de modulación (4) mediante técnica PWM o equivalente. Más concretamente, en las figuras 3, 4 y 5 se muestran los resultados de una simulación para los siguientes parámetros del circuito: C=3300μF, L=3.5mH, tensión de alimentación 230V, frecuencia 50Hz y carga resistiva de 60 Ω. Para el control se ha elegido un periodo de muestreo de 200 μs. Para controlar las potencias instantáneas activa y reactiva, así como la tensión total de salida, y hacer que tiendan a sus respectivas referencias (se ha tomado 12000 W como referencia para la potencia activa y 0 Var para la reactiva) se ha utilizado la unidad de control de potencia externa (3) propuesto en el artículo "A Model-Based Direct Power Control for Three-Phase Power Converters" (autores: S. Vázquez, J. A. Sánchez, J. M. Carrasco, J. I. León y E. Galván, IEEE Transactions on Industrial Electronics, volumen: 55, número: 4, páginas: 1647-1657, abril 2008). Hay que señalar que cualquier otra unidad de control de potencia (3) que consiga controlar las potencias y la tensión total de salida también sería válido para reproducir esta simulación.
La simulación se ha realizado en Matlab-Simulink implementando los pulsos de los IGBTs a partir de los ciclos de trabajo obtenidos con el método que se reivindica mediante la técnica PWM utilizando una onda triangular de periodo igual al periodo de muestreo. Las condiciones iniciales son ia=0 A, ib =21 .65 A, ic =-21 .65 A, vdc =700 V y diferencia de tensiones (vd) igual a 100 V. En la figura 3 se muestra la evolución de las intensidades que no se ven afectadas por el método propuesto. La figura 4 muestra la evolución de la diferencia de tensiones que, partiendo del valor inicial de 100 V se acerca rápidamente a cero y se mantiene cercana a este valor. La figura 5 muestra la evolución del nivel activo en cada fase durante la primera parte de la simulación junto con su valor promediado.

Claims

REIVINDICACIONES
1 . - Método de balance de tensión de los condensadores del bus de corriente continua de un convertidor de potencia NPC (Neutral-Point-Clamped) de tres niveles que comprende un primer y un segundo condensador que conforman el bus de continua y que están asociados a una pluralidad de elementos de conmutación, donde el método está caracterizado por que comprende las siguientes etapas: a) recibir unas intensidades de fase (ia, ib, ic), unas tensiones de los condensadores (vc1 , vc2), una primera componente (ua) y segunda componente (uβ) de una tensión de referencia en coordenadas αβγ, b) asignar un valor a una tercera componente (uY) de la tensión de referencia en función del signo de la diferencia de tensiones entre el primer y el segundo condensadores, y de las intensidades de fase (ia, ib, ic), y c) obtener ciclos de trabajo en función de las componentes de la tensión de referencia para minimizar el número de conmutaciones de los elementos de conmutación del convertidor de potencia NPC de tres niveles.
2. - Método, según la reivindicación 1 , caracterizado porque el convertidor de potencia NPC de tres niveles (2) recibe de una unidad de control de potencia externa (3) la primera componente (ua) y la segunda componente (uβ).
3. - Método, según la reivindicación 1 , caracterizado porque dichas intensidades de fase (ia, ib, ic) y las tensiones de los condensadores (vc1 , vc2) son recibidas del propio convertidor de potencia NPC de tres niveles (2).
4. - Método, según la reivindicación 1 , caracterizado porque la etapa b) de asignar un valor a una tercera componente (uY) comprende la siguiente subetapa:
• obtener, a partir de las componentes ua, uβ, y uY, unas componentes transformadas ua, ub y uc, mediante la transformada de Clarke-Concordia, donde los valores las componentes transformadas ua, ub y uc, están limitados entre un límite inferior igual a -1 y un límite superior igual a 1 .
5. - Método, según la reivindicación 4, caracterizado porque para obtener las componentes transformadas ua, ub y uc, se realizan las siguientes etapas: expresar las componentes transformadas ua, ub y uc según las siguientes ecuaciones:
Figure imgf000015_0003
donde, estas ecuaciones corresponden a tres rectas paralelas, donde δα, δby δc son valores fijos, x un valor variable que está comprendido entre un valor xmin y un valor xmax, y ua, ub y uc deben estar comprendidas entre -1 y 1 ; calcular las ordenadas en el origen de las tres rectas paralelas:
Figure imgf000015_0001
denominar δι al menor de los tres valores δα, δb y δc anteriormente calculados, y denominar δ2 al mayor de dichos tres valores δα, b y δc anteriormente calculados,
obtener los valores de xmin y xmax, según:
Figure imgf000015_0004
calcular los valores de x para los que se anulan las referencias de tensión ua, ub y uc, según:
Figure imgf000015_0005
formar un conjunto de puntos x comprendidos entre los valores xmin y xmax y calcular una función objetivo a minimizar, según:
Figure imgf000015_0002
Figure imgf000016_0001
• seleccionar el valor de una variable x* que minimiza la función objetivo eligiendo el valor mínimo de los siguientes casos:
Figure imgf000016_0002
• obtener las componentes ua, ub y uc, de la tensión de referencia con el valor variable x*, según
Figure imgf000016_0003
6.- Método, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa c) comprende las subetapas:
• cálculo de los niveles adyacentes, redondeando las tensiones ua, ub y uc al menor entero más cercano
li 1 = floor(u¡), donde u¡ es cada una de ua, ub, uc
Figure imgf000016_0004
donde floor(x) indica el mayor entero menor que x, y
• cálculo de los ciclos de trabajo asociados a Ii1 y Ii2
Figure imgf000016_0005
7.- Método, según la reivindicación anterior caracterizado porque comprende adicionalmente una etapa d) que a su vez comprende enviar los ciclos de trabajo a una unidad de modulación (4).
PCT/ES2018/070638 2017-10-06 2018-10-03 Método de balance de tensiones de los condensadores del bus de corriente continua de un convertidor npc Ceased WO2019068951A1 (es)

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