[发明专利]用于功率转换的方法和系统

说明书

本发明公开一种功率转换器，所述功率转换器包至少一条支线，所述至少一条支线包括可操作地跨第一总线和第二总线联接的第一串列，所述第一串列包括多个可控半导体开关、一个第一连接节点和一个第二连接节点。第二串列通过所述第一连接节点和所述第二连接节点可操作地联接至所述第一串列。所述第二串列包括多个切换模块，其中所述多个切换模块中的每一个包括多个完全可控半导体开关和至少一个能量存储装置。所述功率转换器包括系统控制器，所述系统控制器用以控制所述可控半导体开关和切换模块的启用，以便将受控电变量维持在第一预定参考电压值并且将所述能量存储装置的平均内部存储能量维持在第二预定参考值。

技术领域

本发明总体上涉及功率转换器，并且更确切地，涉及转换器的多级配置。

背景技术

功率转换的实用性和重要性随着在例如像电动机驱动器、可再生能量系统和高压直流电(HVDC)系统等应用中实现的优点而增长。多级转换器正在成为用于各种介质和高压应用的有前途的功率转换技术。

多级转换器提供超过常规两级转换器的若干优点。例如，多级转换器的功率质量和效率优于两级转换器的功率质量和效率。此外，多级转换器对于电网与可再生能量源(如光伏(PV)电池、燃料电池和风力机)之间的接口连接来说是理想的。已使用模块化结构设计出无变压器的多级转换器。此类多级转换器通常包括联接在DC总线之间的多个功率模块。转换器的模块化结构允许这些转换器堆叠以提供不同的功率电平和电压电平。

多级功率转换器通常包括放置在输入端子与输出端子之间的多个半导体开关和能量存储装置。转换器中的半导体开关和能量存储装置有助于在输出端子处提供已调节输出功率。输出端子处的输出功率取决于半导体开关的启用和能量存储装置中存在的能量。

控制系统和方法已设计用于启用半导体开关，以便将输出功率维持在所希望的水平，同时将在dc总线上观察到的电压维持在大致上恒定的水平。

用于多级功率转换器的拓扑结构在2012年9月12日提交的共同转让的美国申请号13/629.882中进行描述，所述申请以引用的方式并入本说明书。期望能够具有一种最高效且最有效地操作这种拓扑结构的控制系统和方法。

发明内容

在本发明的一个实施例中，提供一种功率转换器。所述功率转换器包括至少一条支线。每条支线包括第一串列，所述第一串列包括多个可控半导体开关、一个第一连接节点和一个第二连接节点。所述第一串列可操作地联接在第一总线和第二总线上。每条支线包括第二串列，所述第二串列通过所述第一连接节点和所述第二连接节点可操作地联接至所述第一串列。所述第二串列包括多个切换模块，其中所述多个切换模块中的每一个包括多个完全可控半导体开关和至少一个能量存储装置。所述功率转换器包括系统控制器以控制所述可控半导体开关和切换模块的启用，以便将受控电变量维持在第一预定参考电压值，并且将能量存储装置的平均内部存储能量维持在第二预定参考值。

在本发明的另一个实施例中，提供一种用于功率转换的方法。所述方法包括：基于第一预定参考值来确定多个中间参考值。所述方法进一步包括：基于功率转换器中的总内部存储能量和所述第一预定参考值来确定第二预定参考值。另外，所述方法包括：基于所述多个中间参考值和所述第二预定参考值来生成用于多个半导体开关和切换模块的启用命令。所述方法进一步包括：启用所述多个半导体开关和切换模块，以使得受控电变量等于所述第一预定参考值并且所述功率转换器中的平均内部存储能量等于所述第二预定参考值。

附图说明

根据以下结合附图对优选实施例的更详细描述，将易于了解本发明的其他特征和优点，所述附图以示例方式示出本发明特定方面的原理。

图1是用于功率转换的系统的图解表示；

图2是功率转换器的一部分的示例性实施例的图解表示；

图3是图2的功率转换器中的可控半导体开关的示例性切换模式的图解表示；