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CN103138595B - 中点箝位式变流器的控制系统及控制方法 - Google Patents

中点箝位式变流器的控制系统及控制方法 Download PDF

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CN103138595B
CN103138595B CN201110373956.2A CN201110373956A CN103138595B CN 103138595 B CN103138595 B CN 103138595B CN 201110373956 A CN201110373956 A CN 201110373956A CN 103138595 B CN103138595 B CN 103138595B
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杨文强
A.M.克洛多夫斯基
R.A.西摩
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General Electric Renovables Espana SL
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General Electric Co
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    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters

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Abstract

本发明涉及一种中点箝位式变流器的控制系统及控制方法。该控制系统包括基本控制单元和补偿控制单元。该补偿控制单元包括：比较器，比较源侧及网侧变流器的第一及第二调制指数；第一计算元件，当第一调制指数小于第二调制指数时，接收基本补偿命令并对应产生第一源侧补偿命令以注入第一基本命令中，当第一源侧补偿命令不足以平衡中点电压时，进一步产生第一网侧补偿命令以注入第二基本命令中；及第二计算元件，当第二调制指数小于该第一调制指数时，接收该基本补偿命令并对应产生第二网侧补偿命令以注入该第二基本命令中，当第二网源侧补偿命令不足以平衡中点电压时，进一步产生第二源侧补偿命令以注入该第一基本命令中。

Description

中点箝位式变流器的控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种中点箝位式变流器(neutralpointclampedconverter)的控制系统及控制方法。
背景技术
近年来，多电平中点箝位式变流器已广泛应用于电源转换系统(powerconversionsystem)中，从电路拓扑结构入手，在得到高质量输出波形的同时，多电平中点箝位式变流器克服了两电平变流器的诸多缺点，无须输出变压器和动态均压电路，开关频率低，并具有开关器件应力小，系统效率高等一系列优点。
多电平中点箝位式变流器的主要缺点在于中点电压(neutralpointvoltage)的平衡问题，为了获得较佳的转换性能，中点电压的不平衡值通常需要被调整至零电位水平。典型地，脉宽调制(pulsewidthmodulation，PWM)控制策略可以被用来进行中点电压的平衡控制。
针对脉宽调制平衡控制策略，基本的原则是在基本脉宽调制的时候注入用来平衡中点电压的额外补偿命令。根据这一原则，中点电流被调整来对一电容组进行充电及放电，进而补偿电容电压之间的不平衡(即中点电压的不平衡)。
但是，在传统的脉宽调制平衡控制策略中，仅仅对电源转换系统的两个变流器中的一个使用额外补偿命令进行中点电压的平衡控制，这往往不能足够的平衡相对较大的中点电压不平衡值。请参考图1，为仅仅对电源转换系统的两个变流器中的一个使用额外补偿命令进行中点电压的平衡控制所产生的中点两侧电压走势图，从图中可以看出，该中点电压A1及B1随着时间逐渐发散，这不利于中点电压的平衡。
因此，有必要提供一种中点箝位式变流器的控制系统及控制方法来解决上述的技术问题。
发明内容
现在归纳本发明的一个或多个方面以便于本发明的基本理解，其中该归纳并不是本发明的扩展性纵览，且并非旨在标识本发明的某些要素，也并非旨在划出其范围。相反，该归纳的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前用简化形式呈现本发明的一些概念。
本发明的一个方面在于提供一种中点箝位式变流器的控制系统，用于平衡电源转换系统中源侧变流器及网侧变流器之间的直流链路上的中点电压，其特征在于，该控制系统包括：
第一基本控制单元，用于提供第一基本命令以控制该源侧变流器实现基本电压转换功能；
第二基本控制单元，用于提供第二基本命令以控制该网侧变流器实现基本电压转换功能；及
补偿控制单元，包括：
比较器，用于比较该源侧变流器的第一调制指数与该网侧变流器的第二调制指数之间的大小；
第一计算元件，当该第一调制指数小于该第二调制指数时，接收一基本补偿命令并对应产生一第一源侧补偿命令以注入该第一基本命令中，当第一源侧补偿命令不足以平衡中点电压时，该第一计算元件进一步产生一第一网侧补偿命令以注入该第二基本命令中；及
第二计算元件，当该第二调制指数小于该第一调制指数时，接收该基本补偿命令并对应产生一第二网侧补偿命令以注入该第二基本命令中，当第二网源侧补偿命令不足以平衡中点电压时，该第二计算元件进一步产生一第二源侧补偿命令以注入该第一基本命令中。
本发明的另一个方面在于提供一种中点箝位式变流器的控制方法，用于平衡电源转换系统中源侧变流器及网侧变流器之间的直流链路上的中点电压，其特征在于，该控制方法包括：
提供第一基本命令以控制该源侧变流器实现基本电压转换功能；
提供第二基本命令以控制该网侧变流器实现基本电压转换功能；
比较该源侧变流器的第一调制指数与该网侧变流器的第二调制指数之间的大小；
当该第一调制指数小于该第二调制指数时，接收一基本补偿命令并对应产生一第一源侧补偿命令以注入该第一基本命令中，当第一源侧补偿命令不足以平衡中点电压时，进一步产生一第一网侧补偿命令以注入该第二基本命令中；及
当该第二调制指数小于该第一调制指数时，接收该基本补偿命令并对应产生一第二网侧补偿命令以注入该第二基本命令中，当第二网源侧补偿命令不足以平衡中点电压时，进一步产生一第二源侧补偿命令以注入该第一基本命令中。
本发明的再一个方面在于提供一种中点箝位式变流器的控制系统，用于平衡电源转换系统中源侧变流器及网侧变流器之间的直流链路上的中点电压，其特征在于，该控制系统包括：
第一基本控制单元，用于提供第一基本命令以控制该源侧变流器实现基本电压转换功能；
第二基本控制单元，用于提供第二基本命令以控制该网侧变流器实现基本电压转换功能；及
补偿控制单元，包括：
切换控制单元，接收用于平衡中点电压的基本补偿命令；及
比较器，用于比较该源侧变流器的第一调制指数与该网侧变流器的第二调制指数之间的大小，当该第一调制指数小于该第二调制指数时，控制该切换控制单元将该基本补偿命令注入至该第一基本命令，当该第二调制指数小于该第一调制指数时，控制该切换控制单元将该基本补偿命令注入至该第二基本命令。
相较于现有技术，本发明的中点箝位式变流器的控制系统及控制方法通过该补偿控制单元可同时提供补偿命令来对源侧及网侧变流器进行中点电压的平衡，进而提高了平衡中点电压的性能。
附图说明
通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1为现有电源转换系统仅对一侧变流器输出额外补偿命令进行中点电压的平衡控制后中点两侧电压的走势图。
图2为本发明电源转换系统的较佳实施方式的示意图。
图3为图2中电源转换系统的变流器组合与本发明控制系统及调制器的较佳实施方式的电路示意图。
图4为图3中控制系统的较佳实施方式的框图。
图5及图4中第一基本控制单元的较佳实施方式的示意图。
图6及图4中补偿控制单元的较佳实施方式的示意图。
图7及图6中中点电压调节器的较佳实施方式的示意图。
图8为本发明控制方法的较佳实施方式的流程图。
图9为电源转换系统应用图4的控制系统进行中点电压的平衡控制后中点两侧电压的走势图。
具体实施方式
以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。
除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。
另外，本发明定义了“调制指数余量(modulationindexsurplusvalue)”，其表征了变流器使用脉宽调制平衡控制策略可对中点电压进行平衡的能力。假设调制指数的最大值为MImax(例如等于1)，为实现基本的电压转换功能所使用的调制指数为MI(下文也用MI_source及MI_line表示)，则对应的调制指数余量MIsp等于MImax-MI(MIsp为正值)，即表明最多还可使用调制指数余量MIsp来进行中点电压的平衡控制。
图2所示为一种电源转换系统10的较佳实施方式的示意图。该电源转换系统10包括一个风力涡轮机18、一个变流器组合19及一个电网16。该风力涡轮机18包括叶片11、主轴12及通过主轴12与叶片11耦合相连的发电机13，其中还可以根据具体需要增加变速箱等装置，为方面说明，这里仅是简易示意图。该变流器组合19用来将该发电机13产生的不固定频率的电压转换成固定频率的电压，然后再并入电网16，以使电网16正常工作。该变流器组合19包括一个源侧(source-side)变流器14及一个网侧(line-side)变流器15。该源侧变流器14电性耦合至该发电机13，以用来将发电机13产生的变化的交流电转换为直流电。该网侧变流器15电性耦合至该电网16，以用来将该直流电转换为符合并网要求的交流电后注入电网16。该源侧变流器14与该网侧变流器15之间通过一直流链路(DClink)17耦合连接。在一种实施方式中，该直流链路17包括一个上端电容C1及一下端电容C2。
为了方便描述，在该变流器组合19与该电网16之间的传统变压器、滤波器等元件未在图中示意出。另外，图2仅仅举例示意出了一个风力涡轮机用发电机13，而该发电机13还可以是其他可再生能源用发电机，例如太阳能用发电机等。其次，在其他实施方式中，该发电机13也可以使其他类型的发电设备，例如不间断电源等。
图3所示为该变流器组合19的较佳实施方式的电路图，此实施方式中，该变流器组合19为三电平拓扑结构的变流器组合。图3中该上端电容C1与下端电容C2之间的节点O为中点(neutralpoint)。为了得到最佳的性能，该中点O两端施加电压的幅值需要被控制为基本相同，也就是进行中点电压的平衡控制。在图3的实施方式中，该上端电容C1上的电压与下端电容C2上的电压需要被控制为基本相同，该中点电压的平衡是通过在源侧变流器14的开关149上及在网侧变流器15的开关159上施加相应的脉宽调制信号来实现的。该源侧变流器14及网侧变流器15上的脉宽调制信号可分别通过一第一调制器(modulator)210及一第二调制器220接收一控制系统100发送的命令来实现。需要说明的是，本实施方式给出的开关149、159的拓扑结构仅仅一个例子，在其他实施方式中可以调整，例如调整为五电平或七电平拓扑结构等等。
请参考图4，为图2中控制系统100的较佳实施方式的框图。该控制系统100包括一第一基本控制单元110、一第二基本控制单元120、一补偿控制单元130、一第一加法单元140及一第二加法单元150。在本实施方式中，该第一基本控制单元110、第二基本控制单元120、补偿控制单元130、第一加法单元140及第二加法单元150为各自独立的元件或算法，在其他实施方式中，它们中的任意两个或多个也可以整合在一起作为一个独立的元件或算法来使用。
该第一基本控制单元110用于产生第一基本命令Fcmd1以控制第一调制器210对该源侧变流器14实现基本的电压转换功能而未加入中点电压平衡功能。该第二基本控制单元120用于产生第二基本命令Fcmd2以控制第二调制器220对该网侧变流器15实现基本的电压转换功能而未加入中点电压平衡功能。该补偿控制单元130用于产生第一补偿命令Ccmd1以通过第一加法单元140调整该第一基本命令Fcmd1，从而产生第一调制命令Mcmd1来控制第一调制器210对该源侧变流器14实现基本的电压转换功能且同时加入中点电压平衡功能。该补偿控制单元130还用于产生第二补偿命令Ccmd2以通过第二加法单元150调整该第二基本命令Fcmd2，从而产生第二调制命令Mcmd2来控制第二调制器220对该网侧变流器15实现基本的电压转换功能且同时加入中点电压平衡功能。
请参考图5，为该第一基本控制单元110较佳实施方式的示意图。该第一基本控制单元110包括一第一减法元件(differenceelement)111、一第二减法元件112、一基本电流控制模块113及一派克反变换器114。
该第一减法元件111用于获得一有功电流信号L_Ix_err，该有功电流信号L_Ix_err代表一实际有功电流命令L_IxCmd与一反馈有功电流命令L_IxFbk之间的差值。该第二减法元件112用于获得一无功电流信号L_Iy_err，该无功电流信号L_Iy_err代表一实际无功电流命令L_IyCmd与一反馈无功电流命令L_IyFbk之间的差值。该有功电流信号L_Ix_err与该无功电流信号L_Iy_err为该电源转换系统10位于旋转(dq)坐标系下的总的电流信号值。上述电流命令可通过电流传感器及相应的运算后获得，这里不详细说明。
该基本电流控制模块113用于将该有功电流信号L_Ix_err及无功电流信号L_Iy_err转换成一对应的有功调制命令L_UxCmd及一对应的无功调制命令L_UyCmd。该调制命令L-UxCmd及L_UyCmd用于调整该第一调制器210输出的脉宽调制信号的占空比，进而控制该源侧变流器14实现基本的电压转换功能。在非限定的实施方式中，该基本电流控制模块113包括比例积分调节器(proportionalintegralregulator)或者比例积分微分调节器(proportionalintegraldifferentialregulator)。
由于该调制命令L_UxCmd及L_UyCmd位于旋转坐标系，不能用来直接控制该第一调制器210，故应用该派克反变换器114将该调制命令L_UxCmd及L_UyCmd对应变换成位于abc坐标系下的调制命令L_UaCmd、L_UbCmd、L_UcCmd(即第一基本命令Fcmd1)。该调制命令L_UaCmd、L_UbCmd、L_UcCmd可直接用来调整该第一调制器210输出的脉宽调制信号的占空比，进而控制该源侧变流器14实现基本的电压转换功能。为了获得平衡中点电压的功能，该第一加法单元140包括三个加法元件(summationelement)141、142及143被分别引入至该调制命令L_UaCmd、L_UbCmd、L_UcCmd的传输通道上，来接收来至补偿控制单元130传输的第一补偿命令Ccmd1，以调整该调制命令L_UaCmd、L_UbCmd、L_UcCmd变为L_UaCmd′、L_UbCmd′、L_UcCmd′(即第一调制命令Mcmd1)，从而使其具有平衡中点电压的功能。在其他实施方式中，如果该第一基本命令Fcmd1需要在旋转坐标系下传输，则该派克反变换器114可以删除，且该第一加法单元140对应包括两个加法元件即可。
该第二基本控制单元120与第一基本控制单元110具有相似的结构，故这里不再赘述。其他实施方式中，该第一基本控制单元110及第二基本控制单元120可以通过一个元件或算法实现。
请参考图6，为该补偿控制单元130的较佳实施方式的示意图。该补偿控制单元130包括一减法元件131、一中点电压调节器132、一切换元件133、一比较器134、一第一计算元件135、一第二计算元件136、一第一加法元件137及一第二加法元件138。该减法元件131用于获得一电压信号Vdc_err，该电压信号Vdc_err代表该上端电容C1上电压的反馈值与该下端电容C2上电压的反馈值的差值，也就是代表中点电压的不平衡值Δ。该中点电压调节器132接收该电压信号Vdc_err，并通过运算产生一基本补偿命令Vdcoffset(也可称为直流补偿值)以调整该电压信号Vdc_err趋于零。该切换元件133用于根据从该比较器134输出端Out输出的切换命令Scmd将该基本补偿命令Vdcoffset输出至该第一计算元件135及该第二计算元件136中的一个。
请参考图7，在非限定的实施方式中，该中点电压调节器132包括一滤波元件1321及一结合限制器1323的比例积分调节器1322。其他实施方式中，该中点电压调节器132还可以应用其他元件或算法来获得该基本补偿命令Vdcoffset。
请再次参考图6，该比较器134的第一输入端In1用于接收该源侧变流器14的第一调制指数MI_source，该比较器134的第二输入端In2用于接收该网侧变流器15的第二调制指数MI_line。该比较器134用于判断该第一调制指数MI_source与该第二调制指数MI_line的大小，当该第一调制指数MI_source小于或等于该第二调制指数MI_line时，该切换命令Scmd控制该切换元件133将该基本补偿命令Vdcoffset输出至该第一计算元件135；当该第一调制指数MI_source大于该第二调制指数MI_line时，该切换命令Scmd控制该切换元件133将该基本补偿命令Vdcoffset输出至该第二计算元件136。当该第一调制指数MI_source等于该第二调制指数MI_line时，该切换命令Scmd也可控制该切换元件133将该基本补偿命令Vdcoffset输出至该第二计算元件136。在其他实施方式中，为了获得平滑的切换控制，该比较器134也可集成磁滞环(hysteresisband)来切换上述两种状态。
该第一计算元件135用于根据该基本补偿命令Vdcoffset输出一第一源侧补偿命令Vdcoffset_S1及一第一网侧补偿命令Vdcoffset_L1。该第二计算元件136用于根据该基本补偿命令Vdcoffset输出一第二源侧补偿命令Vdcoffset_S2及一第二网侧补偿命令Vdcoffset_L2。具体地，当该第一计算元件135接收到该基本补偿命令Vdcoffset时，该第一源侧补偿命令Vdcoffset_S1作为该第一补偿命令Ccmd1通过该第一加法元件137及该第一网侧补偿命令Vdcoffset_L1作为该第二补偿命令Ccmd2通过该第二加法元件138；当该第二计算元件136接收到该基本补偿命令Vdcoffset时，该第二源侧补偿命令Vdcoffset_S2作为该第一补偿命令Ccmd1通过该第一加法元件137及该第二网侧补偿命令Vdcoffset_L2作为该第二补偿命令Ccmd2通过该第二加法元件138。
在其他实施方式中，当该基本补偿命令Vdcoffset未占用过多的调制指数，以使该第一网侧补偿命令Vdcoffset_L1或第二网侧补偿命令Vdcoffset_S1足以应用源侧变流器14的第一调制指数余量的S_MIsp或网侧变流器15的第二调制指数余量的L_MIsp，则该第一计算元件135、第二计算元件136、第一加法元件137及第二加法元件138均可省略，直接将该基本补偿命令Vdcoffset作为该第一补偿命令Ccmd1或第二补偿命令Ccmd2即可。
请继续参考图8，为本发明控制方法800应用于图6中补偿控制单元130的较佳实施方式的流程图。该控制方法800可通过编程的方法存储在计算机可读介质中，并通过相应的处理器来执行该控制方法800的相应步骤。该计算机可读介质包括易失性的、非易失性的介质，例如随机存取存储器、只读存储器、闪速存储器、数字信号处理器、光盘驱动器等。
本实施方式中，该控制方法800开始于步骤801。在步骤801中，该第一调制指数MI_source及第二调制指数MI_line被获取。在一种实施方式中，该调制指数MI_source及第二调制指数MI_line的获取可通过现有的计算公式来实现，这里不具体说明。
在步骤802中，判断该第一调制指数MI_source与该第二调制指数MI_line的大小。当该第一调制指数MI_source小于或等于该第二调制指数MI_line时，进入步骤803；当该第一调制指数MI_source大于该第二调制指数MI_line时，进入步骤804。其他实施方式中，当该第一调制指数MI_source等于该第二调制指数MI_line时，也可进入步骤804。
在步骤803中(通过第一计算单元135实现)，判断该基本补偿命令Vdcoffset的绝对值|Vdcoffset|与源侧变流器14的第一调制指数余量的S_MIsp大小。当|Vdcoffset|≥S_MIsp时，进入步骤805；当|Vdcoffset|＜S_MIsp时，进入步骤806。其他实施方式中，当|Vdcoffset|＝S_MIsp时，也可进入步骤806。
在步骤804中(通过第二计算单元136实现)，判断该基本补偿命令Vdcoffset的绝对值|Vdcoffset|与网侧变流器15的第二调制指数余量的L_MIsp大小。当|Vdcoffset|≥L_MIsp时，进入步骤807；当|Vdcoffset|＜L_MIsp时，进入步骤808。其他实施方式中，当|Vdcoffset|＝L_MIsp时，也可进入步骤808。
在步骤805中，当该基本补偿命令Vdcoffset为一正值时，该第一调制指数余量的S_MIsp作为该第一补偿命令Ccmd1注入该第一比较单元140中，而该基本补偿命令Vdcoffset与该第一调制指数余量的S_MIsp之间的差值(Vdcoffset-S_MIsp)则作为该第二补偿命令Ccmd2注入该第二比较单元150中。当该基本补偿命令Vdcoffset为一负值时，该第一调制指数余量的S_MIsp的负值-S_MIsp作为该第一补偿命令Ccmd1注入该第一比较单元140中，而该基本补偿命令Vdcoffset与该第一调制指数余量的S_MIsp的负值-S_MIsp之间的差值(Vdcoffset+S_MIsp)则作为该第二补偿命令Ccmd2注入该第二比较单元150中。
在步骤806中，该基本补偿命令Vdcoffset作为第一补偿命令Ccmd1注入该第一比较单元140中，而该第二补偿命令Ccmd2为零。
在步骤807中，当该基本补偿命令Vdcoffset为一正值时，该第二调制指数余量的L_MIsp作为该第二补偿命令Ccmd2注入该第二比较单元150中，而该基本补偿命令Vdcoffset与该第二调制指数余量的L_MIsp之间的差值(Vdcoffset-L_MIsp)则作为该第一补偿命令Ccmd1注入该第一比较单元140中。当该基本补偿命令Vdcoffset为一负值时，该第二调制指数余量的L_MIsp的负值-L_MIsp作为该第二补偿命令Ccmd2注入该第二比较单元150中，而该基本补偿命令Vdcoffset与该第二调制指数余量的L_MIsp的负值-L_MIsp之间的差值(Vdcoffset+L_MIsp)则作为该第一补偿命令Ccmd1注入该第一比较单元140中。
在步骤808中，该基本补偿命令Vdcoffset作为第二补偿命令Ccmd2注入该第二比较单元150中，而该第一补偿命令Ccmd1为零。
请参考图9，为电源转换系统10应用本发明控制系统100及控制方法800进行中点电压的平衡控制后中点两侧电压的走势图。从图中可以看出，该中点电压A2及B2随着时间逐渐收敛，这大大有利于中点电压的平衡。
虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (13)

1.一种中点箝位式变流器的控制系统，用于平衡电源转换系统中源侧变流器及网侧变流器之间的直流链路上的中点电压，其特征在于，该控制系统包括：
第一基本控制单元，用于提供第一基本命令以控制该源侧变流器实现基本电压转换功能；
第二基本控制单元，用于提供第二基本命令以控制该网侧变流器实现基本电压转换功能；及
补偿控制单元，包括：
比较器，用于比较该源侧变流器的第一调制指数与该网侧变流器的第二调制指数之间的大小；
第一计算元件，当该第一调制指数小于该第二调制指数时，接收一基本补偿命令并对应产生一第一源侧补偿命令以注入该第一基本命令中，当第一源侧补偿命令不足以平衡中点电压时，该第一计算元件进一步产生一第一网侧补偿命令以注入该第二基本命令中；及
第二计算元件，当该第二调制指数小于该第一调制指数时，接收该基本补偿命令并对应产生一第二网侧补偿命令以注入该第二基本命令中，当第二网源侧补偿命令不足以平衡中点电压时，该第二计算元件进一步产生一第二源侧补偿命令以注入该第一基本命令中，
其中，当该第一调制指数等于该第二调制指数时，第一计算元件接收该基本补偿命令并对应产生该第一源侧补偿命令以注入该第一基本命令中，当第一源侧补偿命令不足以平衡中点电压时，该第一计算元件进一步产生一第一网侧补偿命令以注入该第二基本命令中，或者，第二计算元件接收该基本补偿命令并对应产生该第二网侧补偿命令以注入该第二基本命令中，当该第二网源侧补偿命令不足以平衡中点电压时，该第二计算元件进一步产生该第二源侧补偿命令以注入该第一基本命令中。
2.如权利要求1所述的控制系统，其中该补偿控制单元还包括一切换元件，用于接收该基本补偿命令并根据该比较器的比较结果输出该基本补偿命令至该第一及第二计算元件之一。
3.如权利要求1所述的控制系统，其中该控制系统进一步包括：
减法元件，用于获得中点电压的不平衡值；
中点电压调节器，用于接收该中点电压的不平衡值，并通过运算产生该基本补偿命令以调整该中点电压的不平衡值趋于零。
4.如权利要求3所述的控制系统，其中该中点电压调节器包括一滤波元件及一结合限制器的比例积分调节器。
5.如权利要求1所述的控制系统，其中当该第一调制指数小于或等于该第二调制指数时，该第一计算元件用于判断该基本补偿命令的绝对值与该源侧变流器的调制指数余量的大小，其中，该调制指数余量为调制指数的最大值与实现基本的电压转换功能所使用的调制指数之间的差值；
当该基本补偿命令的绝对值大于该调制指数余量时，若基本补偿命令为正值，设定该第一源侧补偿命令等于该调制指数余量且该第一网侧补偿命令等于该基本补偿命令与该调制指数余量之间的差值；若基本补偿命令为负值，设定该第一源侧补偿命令等于该调制指数余量的负值且该第一网侧补偿命令等于该基本补偿命令与该调制指数余量的负值之间的差值；及
当该基本补偿命令的绝对值小于该调制指数余量时，设定该第一源侧补偿命令等于该基本补偿命令且该第一网侧补偿命令等于零。
6.如权利要求1所述的控制系统，其中当该第二调制指数小于或等于该第一调制指数时，该第二计算元件用于判断该基本补偿命令的绝对值与该网侧变流器的调制指数余量的大小，其中，该调制指数余量为调制指数的最大值与实现基本的电压转换功能所使用的调制指数之间的差值；
当该基本补偿命令的绝对值大于该调制指数余量时，若基本补偿命令为正值，设定该第二网侧补偿命令等于该调制指数余量且该第二源侧补偿命令等于该基本补偿命令与该调制指数余量之间的差值；若基本补偿命令为负值，设定该第二网源侧补偿命令等于该调制指数余量的负值且该第二源侧补偿命令等于该基本补偿命令与该调制指数余量的负值之间的差值；及
当该基本补偿命令的绝对值小于该调制指数余量时，设定该第二网侧补偿命令等于该基本补偿命令且该第二源侧补偿命令等于零。
7.如权利要求1所述的控制系统，其中该第一或第二基本控制单元包括一第一减法元件、一第二减法元件、一基本电流控制模块及一派克反变换器，该第一减法元件用于获得一有功电流信号，该第二减法元件用于获得一无功电流信号，该基本电流控制模块用于将该有功电流信号及无功电流信号转换成对应的有功调制命令及无功调制命令，该派克反变换器用于将位于旋转坐标系下的该有功调制命令及无功调制命令对应变换成位于abc坐标系下的调制命令。
8.如权利要求1所述的控制系统，其中该控制系统进一步包括：
第一加法单元，用于将该第一源侧补偿命令或第二源侧补偿命令注入该第一基本命令；及
第二加法单元，用于将该第一网侧补偿命令或第二网侧补偿命令注入该第二基本命令。
9.一种中点箝位式变流器的控制方法，用于平衡电源转换系统中源侧变流器及网侧变流器之间的直流链路上的中点电压，其特征在于，该控制方法包括：
提供第一基本命令以控制该源侧变流器实现基本电压转换功能；
提供第二基本命令以控制该网侧变流器实现基本电压转换功能；
比较该源侧变流器的第一调制指数与该网侧变流器的第二调制指数之间的大小；
当该第一调制指数小于该第二调制指数时，接收一基本补偿命令并对应产生一第一源侧补偿命令以注入该第一基本命令中，当第一源侧补偿命令不足以平衡中点电压时，进一步产生一第一网侧补偿命令以注入该第二基本命令中；
当该第二调制指数小于该第一调制指数时，接收该基本补偿命令并对应产生一第二网侧补偿命令以注入该第二基本命令中，当第二网源侧补偿命令不足以平衡中点电压时，进一步产生一第二源侧补偿命令以注入该第一基本命令中；及
当该第一调制指数等于该第二调制指数时，接收该基本补偿命令并对应产生该第一源侧补偿命令以注入该第一基本命令中，当该第一源侧补偿命令不足以平衡中点电压时，进一步产生该第一网侧补偿命令以注入该第二基本命令中，或者，接收该基本补偿命令并对应产生该第二网侧补偿命令以注入该第二基本命令中，当该第二网源侧补偿命令不足以平衡中点电压时，进一步产生该第二源侧补偿命令以注入该第一基本命令中。
10.如权利要求9所述的控制方法，其中当该第一调制指数小于或等于该第二调制指数时，进一步包括：
判断该基本补偿命令的绝对值与该源侧变流器的调制指数余量的大小，其中，该调制指数余量为调制指数的最大值与实现基本的电压转换功能所使用的调制指数之间的差值；
当该基本补偿命令的绝对值大于该调制指数余量时，若基本补偿命令为正值，设定该第一源侧补偿命令等于该调制指数余量且该第一网侧补偿命令等于该基本补偿命令与该调制指数余量之间的差值；若基本补偿命令为负值，设定该第一源侧补偿命令等于该调制指数余量的负值且该第一网侧补偿命令等于该基本补偿命令与该调制指数余量的负值之间的差值；及
当该基本补偿命令的绝对值小于该调制指数余量时，设定该第一源侧补偿命令等于该基本补偿命令且该第一网侧补偿命令等于零。
11.如权利要求9所述的控制方法，其中当该第二调制指数小于或等于该第一调制指数时，进一步包括：
判断该基本补偿命令的绝对值与该网侧变流器的调制指数余量的大小，其中，该调制指数余量为调制指数的最大值与实现基本的电压转换功能所使用的调制指数之间的差值；
当该基本补偿命令的绝对值大于该调制指数余量时，若基本补偿命令为正值，设定该第二网侧补偿命令等于该调制指数余量且该第二源侧补偿命令等于该基本补偿命令与该调制指数余量之间的差值；若基本补偿命令为负值，设定该第二网源侧补偿命令等于该调制指数余量的负值且该第二源侧补偿命令等于该基本补偿命令与该调制指数余量的负值之间的差值；及
当该基本补偿命令的绝对值小于该调制指数余量时，设定该第二网侧补偿命令等于该基本补偿命令且该第二源侧补偿命令等于零。
12.一种中点箝位式变流器的控制系统，用于平衡电源转换系统中源侧变流器及网侧变流器之间的直流链路上的中点电压，其特征在于，该控制系统包括：
第一基本控制单元，用于提供第一基本命令以控制该源侧变流器实现基本电压转换功能；
第二基本控制单元，用于提供第二基本命令以控制该网侧变流器实现基本电压转换功能；及
补偿控制单元，包括：
切换控制单元，接收用于平衡中点电压的基本补偿命令；及
比较器，用于比较该源侧变流器的第一调制指数与该网侧变流器的第二调制指数之间的大小，当该第一调制指数小于该第二调制指数时，控制该切换控制单元将该基本补偿命令注入至该第一基本命令，当该第二调制指数小于该第一调制指数时，控制该切换控制单元将该基本补偿命令注入至该第二基本命令，当该第一调制指数等于该第二调制指数时，控制该切换控制单元将该基本补偿命令注入至该第一基本命令，或者，控制该切换控制单元将该基本补偿命令注入至该第二基本命令。
13.如权利要求12所述的控制系统，其中该控制系统进一步包括：
第一计算元件，当该第一调制指数小于该第二调制指数时，接收该基本补偿命令并对应产生一第一源侧补偿命令以注入该第一基本命令中，当第一源侧补偿命令不足以平衡中点电压时，该第一计算元件进一步产生一第一网侧补偿命令以注入该第二基本命令中；及
第二计算元件，当该第二调制指数小于该第一调制指数时，接收该基本补偿命令并对应产生一第二网侧补偿命令以注入该第二基本命令中，当第二网源侧补偿命令不足以平衡中点电压时，该第二计算元件进一步产生一第二源侧补偿命令以注入该第一基本命令中，
其中，当该第一调制指数等于该第二调制指数时，该第一计算元件接收该基本补偿命令并对应产生该第一源侧补偿命令以注入该第一基本命令中，当该第一源侧补偿命令不足以平衡中点电压时，该第一计算元件进一步产生该第一网侧补偿命令以注入该第二基本命令中，或者，该第二计算元件接收该基本补偿命令并对应产生该第二网侧补偿命令以注入该第二基本命令中，当该第二网源侧补偿命令不足以平衡中点电压时，该第二计算元件进一步产生该第二源侧补偿命令以注入该第一基本命令中。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103138595B (zh) * 2011-11-22 2016-05-25 通用电气公司 中点箝位式变流器的控制系统及控制方法
KR102248724B1 (ko) 2013-12-18 2021-05-07 오티스 엘리베이터 컴파니 멀티레벨 라인 회생 구동을 위한 제어 전략들
US9590521B2 (en) * 2014-07-28 2017-03-07 Hamilton Sundstrand Corporation Power converters for aircraft starter/generators
EP3320609B1 (en) 2015-07-09 2021-09-08 ABB Schweiz AG Control of electrical converter based on optimized pulse patterns
EP3393034A1 (en) 2017-04-21 2018-10-24 GE Energy Power Conversion Technology Limited Controlling a back-to-back three-level converter with midpoint voltage ripple compensation
EP3467987B1 (en) * 2017-10-06 2023-12-20 General Electric Technology GmbH Converter scheme
US11424693B2 (en) * 2018-04-27 2022-08-23 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Three-level power conversion device, three-level power conversion device control method, and storage medium

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1829061A (zh) * 2005-03-01 2006-09-06 广东明阳龙源电力电子有限公司 一种三电平逆变器的控制系统及方法
CN101707388A (zh) * 2009-11-30 2010-05-12 浙江大学 一种燃料电池不间断电源装置
CN102013824A (zh) * 2010-09-21 2011-04-13 深圳市大族激光科技股份有限公司 用于抑制三电平逆变器中点电位飘移的控制器

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08331857A (ja) * 1995-05-30 1996-12-13 Meidensha Corp 中性点クランプ形インバータ
US6031738A (en) * 1998-06-16 2000-02-29 Wisconsin Alumni Research Foundation DC bus voltage balancing and control in multilevel inverters
US6459596B1 (en) 2000-08-18 2002-10-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and apparatus for a Reduced parts-counts multilevel rectifier
US6534949B2 (en) 2001-03-29 2003-03-18 General Electric Company Motor drive converter and method with neutral point drift compensation
US7050311B2 (en) * 2003-11-25 2006-05-23 Electric Power Research Institute, Inc. Multilevel converter based intelligent universal transformer
US7215559B2 (en) * 2004-09-28 2007-05-08 Rockwell Automation Technologies, Inc. Method and apparatus to reduce common mode voltages applied to a load by a drive
US7164254B2 (en) * 2005-02-28 2007-01-16 Rockwell Automation Technologies, Inc. Modulation methods and apparatus for reducing common mode voltages
US7495938B2 (en) 2005-04-15 2009-02-24 Rockwell Automation Technologies, Inc. DC voltage balance control for three-level NPC power converters with even-order harmonic elimination scheme
US7274576B1 (en) * 2006-03-01 2007-09-25 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power converter with reduced common mode voltage
US7230837B1 (en) 2006-03-27 2007-06-12 North Carolina State University Method and circuit for cascaded pulse width modulation
US7573732B2 (en) * 2007-05-25 2009-08-11 General Electric Company Protective circuit and method for multi-level converter
JP4238935B1 (ja) * 2007-08-28 2009-03-18 ダイキン工業株式会社 直接形交流電力変換装置
WO2010013322A1 (ja) * 2008-07-30 2010-02-04 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
JP5463289B2 (ja) * 2008-08-22 2014-04-09 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
EP2159910A1 (en) 2008-08-29 2010-03-03 Vestas Wind Systems A/S Direct power and stator flux vector control of a generator for wind energy conversion system
EP2362981B1 (en) 2008-10-27 2014-11-26 Vestas Wind Systems A/S Direct power and stator flux vector control of a generator for wind energy conversion system
JP5428354B2 (ja) * 2009-01-23 2014-02-26 サンケン電気株式会社 ３相電力変換装置
US8587160B2 (en) * 2009-09-04 2013-11-19 Rockwell Automation Technologies, Inc. Grid fault ride-through for current source converter-based wind energy conversion systems
CN103081332B (zh) * 2010-09-09 2016-06-01 三菱电机株式会社 功率半导体模块、电力转换装置及铁路车辆
CN103138595B (zh) * 2011-11-22 2016-05-25 通用电气公司 中点箝位式变流器的控制系统及控制方法
CN103138594B (zh) * 2011-11-22 2016-03-02 通用电气公司 中点箝位式变流器的控制系统及控制方法及补偿控制单元
US20130163292A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 General Electric Company Mid-point voltage control
KR101410731B1 (ko) * 2013-02-13 2014-06-24 한국전기연구원 고압직류송전용 모듈형 멀티레벨 컨버터의 순환전류 억제 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1829061A (zh) * 2005-03-01 2006-09-06 广东明阳龙源电力电子有限公司 一种三电平逆变器的控制系统及方法
CN101707388A (zh) * 2009-11-30 2010-05-12 浙江大学 一种燃料电池不间断电源装置
CN102013824A (zh) * 2010-09-21 2011-04-13 深圳市大族激光科技股份有限公司 用于抑制三电平逆变器中点电位飘移的控制器

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