[发明专利]用于电流源转换器的高动态控制设备

说明书

技术领域

本发明涉及电力转换系统，具体地涉及用于电流源转换器的高动态控制设备、用于控制电流源转换器的方法以及电机驱动器。

背景技术

电力转换系统将输入电力从一种形式转换为另一种形式以驱动负载。电流源转换器(CSC)类型的驱动器通常包括电流源整流器(CSR)，以选择性地切换AC输入电力来产生被馈送至电流源逆变器(CSI)的DC链路电流，从而提供用于以受控速度和/或施加扭矩来驱动电机负载的单相或多相AC输出电流。电流源转换器通常用于中压应用(例如2.3-13.8kV)并且提供某些优点例如稳定性和直接输出电流控制。然而，某些应用需要半导体闸流管或能够经受高开关电压的其他电流源整流器开关，并且与CSR开关相关联的开关损失一般随开关频率而增大。对于中压驱动器，通常开关频率为大约500Hz。另外，电流源转换器通常采用具有相对较长时间常量的大的DC链路扼流圈。因此，电流源整流器的动态性能通常限于大约200Hz或更小。此外，在电机驱动应用中，整流器和电流源逆变器的开关操作通常采用多个控制回路，该多个控制回路包括用于调节DC链路电流的控制回路以及用于调节电机速度、扭矩和转子磁通等的一个或更多个电机控制回路。常规的多回路控制方法提供内部DC链路电流控制回路以及用于控制电机工作参数的一个或更多个外部回路。然而，电机驱动应用越来越要求对负载变化和/或速度或扭矩设定点的步进变化的较快动态响应，并且通过内部DC链路电流控制回路的动态限制来限制多回路嵌套的控制架构的动态响应。因此，遗留针对提供电流源转换器的较高动态操作的改进的电流源转换器和控制技术的需求。

发明内容

现在对本公开内容的一个或更多个方面进行概述以便于本公开内容的基本理解，其中，本概述不是本公开内容的详尽概括，并且既不旨在标明本公开内容的某些要素，也不旨在限定本公开内容的范围。相反地，该概述的主要目的是在下文介绍的更详细描述之前以简化的形式提出本公开内容的各种概念。

本公开内容提供一种新颖的电流源转换器控制的方法，该方法通过至少部分地独立于其他电机控制回路来操作电流源调节器以便于整个电机驱动器的增强的动态性能。在某些实施方式中，DC电流控制回路是完全独立的，电流源调节器根据固定命令信号或值例如最大额定电流来工作。在其他实施方式中，在无显著效率损失的情况下，DC电流控制回路是根据命令信号或值来工作的，该命令信号或值是根据大于单位值的增益因子和逆变器电流命令量值所计算的，以提供便于电流源逆变器的高动态操作的容限，从而适配于负载瞬变和电机控制回路设定点变化。该增益因子可以是用户可调节的和/或可以是基于一个或更多个电机控制回路误差信号而被自动调节的。通过这些技术，可以提高电流源转换器的动态性能，并且可以在转换器效率和动态增强的量之间做出权衡。因此，可以利用除逆变器电流和/或电压回路之外的DC电流回路以及具有增强的向上载波频率适配性的速度回路、扭矩回路和磁通量回路来实现磁场定向控制方法，以通过提供平行的DC电流控制回路来避免或减轻与DC电流控制相关联的动态限制。

根据本公开内容的一个或更多个方面提供了一种电机驱动器，该电机驱动器具有电流源整流器、电流源逆变器、中间DC电路以及控制器，该控制器通过提供逆变器开关控制信号来实现一个或更多个电机控制回路以控制电机负载的操作。控制器实现与一个或更多个电机控制回路平行的DC电流控制回路以根据至少部分地独立于一个或更多个电机命令信号或值而推导的至少一个DC电流命令信号或值，提供用于转换AC输入电力的整流器开关控制信号以调节提供至中间DC电路的DC电流。

在某些实施方式中，控制器通过根据恒定DC电流命令例如电流源整流器的最大额定DC电流而提供整流器控制信号来实现独立于一个或更多个电机控制回路的DC电流回路，并且在某些实现中，控制器可以使用户能够调节电流命令。此外，在各种实施方式中，控制器利用调制指数、根据来自至少一个电机控制回路的至少一个逆变器电流命令信号或值来向逆变器提供经脉冲宽度调制的开关控制信号，所述调制指数是根据通过整流器DC电流值而按比例调整的至少一个逆变器电流命令信号或值的量值来计算的。