[发明专利]控制M2LC系统的系统和方法

说明书

相关申请的引用

本申请要求2010年9月9日提交的美国临时专利申请No.61/381,180的较早提交日的按照35U.S.C.§119(e)的优先权。

技术领域

本申请公开一种大体上并在各种实施例中与控制模块化多电平换流器(M2LC)系统的系统和方法相关的发明。

背景技术

关于模块化多电平换流器(M2LC)拓扑，公开发表了许多论文。图1图解说明具有两个端子的M2LC单元的两电平结构，图2图解说明具有两个端子的M2LC单元的三电平结构，图3图解说明M2LC系统。

如图1中所示，M2LC单元包括两个开关器件，两个二极管，一个电容器和两个端子。就图1中所示的结构来说，所述两个开关器件可被控制，以致跨两个端子可以存在两种不同电位之一(例如，0伏或V_cap)。如图2中所示，M2LC单元包括四个开关器件，四个二极管，两个电容器和两个端子。就图2中所示的结构来说，所述四个开关器件可被控制，以致跨两个端子可以存在三种不同电位之一(例如，0伏，V_cap或2V_cap)。虽然M2LC单元的其它拓扑也是可能的，不过所有的拓扑可定义为具有内部电容储能器的双端子子系统或单元，所述内部电容储能器能够取决于开关器件的状态，在两个端子之间产生各种电平的电压。

如图3中所示，M2LC系统可被配置成包括多个M2LC单元(子系统)的三相桥，其中M2LC单元被布置成三个输出相位模块。当然，可以与图3中所示不同地配置其它M2LC系统。例如，其它M2LC系统可被配置成两个输出相位模块。对图3的M2LC系统来说，每个输出相位模块包括多个串联联接的M2LC单元，并且每个输出相位模块还被布置到正桥臂(或阀)和负桥臂(或阀)中，其中每个桥臂(或阀)可由感应滤波器分隔。每个输出相位模块可被视为一个极点。当使M2LC系统的不止一个极点在一条公共DC母线上并行时，在M2LC拓扑中利用相应的感应滤波器。感应滤波器用于减小因M2LC系统的各个桥臂中的开关产生的电流。桥臂电流的频谱内容可被表示成极点的输出电流和开关函数的函数。M2LC系统的一些实施例采用具有较大电感值的感应滤波器，以及有源极点电流控制器来最终控制桥臂电流的质量。

尽管为了简单起见，在图1-3中未示出，不过应理解每个M2LC单元还包括本地控制器，并且每个本地控制器可以可通信地连接到M2LC系统的更高级别的控制器(例如，中心控制器)。

应理解M2LC拓扑拥有级联H桥(CCH)拓扑的优点，因为它是模块化的，并且由于在每个桥臂中增加一个或多个冗余单元的能力，它具有较高的使用可用度。另外，可在公共母线结构中应用M2LC拓扑。与M2LC相反，CCH需要利用多绕组变压器，所述多绕组变压器包含向各个单元供给输入能量的各个次级绕组。

不过，和CCH不同，M2LC单元不是从隔离的电压源或者次级绕组独立供给能量的。对于给定M2LC单元，在两个端子之一输出的能量的数量取决于在所述两个端子中的另一个端子输入的能量的数量，并在一定程度上，取决于该单元保存和释放能量的能力。在电源电路的预充电期间，或者在一个或多个单元需要被旁路或者使之无效的异常运行期间，这会导致控制这些单元中的直流链电压方面的问题。

采用了从M2LC系统的中心控制系统主动平衡直流链电压的各种方法，不过这些方法需要额外的子系统或者单元容量(以额外单元或者部分调制的单元的形式)。这些方法还相当复杂，因为它们需要不断监控每个子系统链电压，和利用复杂的分类系统，所述分类系统根据特定单元的相对直流链电压，以及输出电流水平的方向和大小，选择供调制的特定单元。此外，这些方法往往在较低的输出电流水平和频率下表现不佳，并且需要连接负载和传导电流，以便供给平衡电容器电压所需的电荷。