[发明专利]用于控制转换器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率电子器件领域。具体来说，本发明涉及用于控制电气系统的转换器的方法、用于控制转换器的程序元件、计算机可读介质、用于转换器的控制器和转换器。 

背景技术

转换器在电气系统中用于将可以是第一DC电压或第一频率的第一AC电压的输入电压变换为可以是第二DC电压或第二频率的第二AC电压。 

例如，如果转换器用作逆变器，则输入电压可以是DC环节电压(DC link voltage)，而输出电压可用于向诸如电机之类的电力负载供应电流。相反，转换器可用作整流器，在这种情况下，它连接到电力网，并且将输入AC电压变换为DC输出电压。 

几乎所有转换器都包括例如为电气系统的各相生成输出电压的半导体开关。开关由控制器来控制，控制器确定下一个开关转变，并且将这个开关转变应用于开关。开关转变可包括一组开关状态(即，相应开关是断开还是闭合)以及将这些开关状态应用于转换器的时刻(即，时间点)。 

对于如何由控制器来生成这些开关转变存在若干可能性。 

例如，模型预测直接转矩控制(MPDTC)可用于在生成开关转变的同时来控制电气系统的内部状态。电驱动的内部状态可以是电动机中的转矩和电磁通量。在MPDTC中，实时优化开关序列、即在某个开关时域(switching horizon)上的开关转变的序列。例如，对应转矩、定子通量和中性点轨迹可使用内部机器模型来计算，并且然后可选择 具有最低开关损耗或者最低开关频率的特征的最佳开关序列。然后，可将开关序列的第一开关转变应用于转换器，并且可在线优化下一个序列。 

直接转矩控制可实现极快速转矩响应，但是它对于开关频率或开关损耗的给定值可引起可控机器的定子电流和电磁转矩的谐波失真的较高值。 

另一种可能性是优化脉冲图形(OPP)的使用。一般来说，优化脉冲图形可以是相对于某个优化目标经过优化的开关转变序列。例如，优化脉冲图形可对于电动机或者充当转换器的负载的任何其它物理系统的所有调制指数和开关频率来离线计算，并且可优化成使得给定开关频率的总电流失真为最小。控制器可从存储了优化脉冲图形的查找表来选择优化脉冲图形，并且可将所选优化脉冲图形的开关转变应用于转换器。但是，当改变操作点时，优化脉冲图形的应用可导致极长的转变以及定子电流的谐波偏移：甚至操作点的很小变化也可导致谐波电流的较高偏移。这类谐波偏移可量化为电流误差或者等效地量化为通量误差。 

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有快速控制响应、特别是具有快速转矩响应和低谐波失真的转换器。 

这个目的通过独立权利要求的主题和以下实施例来实现。通过从属权利要求和以下描述，其它示范实施例是显而易见的。 

本发明的第一方面涉及一种用于控制电气系统的转换器的方法。电气系统可以是电机、如电动机或发电机，或者可以是电力网或任何其它电力负载。 

按照本发明的一个实施例，电气系统可以是多相系统，即，不仅包括一相、而且还包括多相、特别是三相的系统。 

按照本发明的一个实施例，转换器适合通过开关、例如半导体开 关从(至少一个)输入电压来生成至少一个输出电压。例如，转换器可以是间接转换器的一部分，并且可适合于转换DC输入电压DC至输出电压的多相。转换器的半导体开关可以是高功率半导体开关，并且转换器可适合与范围高达10kA的电流和1kV与35kV之间的电压配合操作。 

按照本发明的一个实施例，该方法包括(a)基于电气系统的实际状态来确定转换器的开关序列的步骤。开关序列可包括转换器的开关转变序列，其中各开关转变包括转变时间。一般来说，开关转变可包括转变的时刻、即转变时间或开关时刻以及电压电平。时刻可指示转换器应当生成开关转变以使得开关的开关状态使得转换器生成开关转变的电压电平的时间。 

例如，如果转换器是二级逆变器，则逆变器的输出电压可以是0和+V_dc，并且逆变器具有电压电平0和+1，其中电压V_dc是DC环节电压。如果逆变器是三级逆变器，则输出电压可以是-V_dc、0、+V_dc，其中电压电平为-1、0、+1。 

开关转变的时刻可采用开关角给出。开关转变的时刻则可借助于电气系统的电流频率从开关角来得出。 

在多相系统中，输出电压可以是多相电压，并且开关转变可包括输出电压的各相的电压电平。