[发明专利]用于控制电力转换器的控制器和方法以及电力转换器

说明书

一种用于控制电力转换器(12)的方法包括下列步骤：基于估计输出值(ψ_s)与参考输出值(ψ_s^*)之间的差来确定误差值(ψ_s,err)，估计输出值基于电力转换器(12)中的测量；将误差值(ψ_s,err)与误差范围(46a)进行比较，并且在误差值超过误差范围(46a)的情况下通过切换到不同控制方案来控制电力转换器。转换器通过下列步骤采用修改的预先计算开关来控制：基于电力转换器(12)的实际状态来确定转换器(12)的预先计算开关序列(40)，开关序列包括转换器(12)的开关转变(42)的序列；通过修改预先计算开关序列的开关转变(42)的转变时间来修改预先计算开关序列(40)，使得误差值(ψ_s,err)为最小；以及向电力转换器(12)应用修改的开关序列的至少一部分。

技术领域

本发明涉及高功率电子器件领域。具体来说，本发明涉及用于控制电力转换器的方法、计算机程序、计算机可读介质和控制器以及涉及电力转换器。

背景技术

离线计算和优化脉冲模式可用于调制电力转换器中的半导体开关。基于实际速度和磁通参考(例如通过外控制环所提供)，控制器可确定最适合的离线计算脉冲模式，其然后应用于电力转换器的半导体开关。离线计算优化脉冲模式允许给定开关频率的总电流失真的最小化。

当电力转换器用于驱动电机时，电流失真与电机的定子绕组中的谐波损耗成比例，而开关频率涉及功率逆变器的开关损耗。在电网连接转换器环境中，可对转换器可注入电网中的电压和电流失真施加严格标准。按传统，仅可能在通过极慢控制环所驱动的调制器中使用优化脉冲模式。这可导致极长瞬变，并且在改变操作点时导致电流的谐波漂移。

在EP 2469692 A1中，提出一种控制方法，其通过实时地操纵预先计算优化脉冲模式的开关时刻来组合直接转矩控制和优化脉冲模式的优点，以便实现快速闭环控制。这个所谓的模型预测脉冲模式控制器(MP³C)可统一地解决内电流控制环和调制器的任务。MP³C可控制磁通向量，其在电力转换器驱动电机的情况下通常是电机的定子磁链(fluxlinkage)向量。对于电网连接转换器，虚拟转换器磁通量可构成磁通向量。

MP³C实现瞬变期间的短响应时间和扰动的良好抑制。在稳态操作条件，由于使用优化脉冲模式，得到每开关频率的谐波电流失真的接近最佳比率。与现有技术轨迹控制器相比，MP³C可提供两个优点。第一，可以不要求重构基本量的复杂观测器结构。而是磁通空间向量(其可以是可控变量)可直接通过以常规取样间隔对电流和DC链路电压进行取样来估计。第二，通过公式化最佳控制问题并且使用滚动时域策略(receding horizonpolicy)，可极大地降低对磁通观测噪声的灵敏度。

在瞬变操作、例如参考阶跃或斜坡变化、大扰动和故障期间，通常要求诸如电流、电磁转矩和磁链之类的可控变量逐步改变或者它们必须沿用陡斜坡。示例包括高性能驱动中的快速转矩阶跃和低电压穿越操作中的功率阶跃。

在MP³C中，闭环控制通过实时地修改优化脉冲模式的开关转变的开关时刻来实现。更具体来说，及时修改开关转变，使得在将来时刻去除磁通误差。注意，在优化脉冲模式中，开关转变在时间上不是均匀分布的。在极低开关频率，长时间间隔可出现在两个开关转变之间。在这种时间间隔的开始应用参考阶跃时，显著时间量在可控变量开始改变之前可能消逝，从而引起长初始时间延迟并且还延长置位时间。