[发明专利]确定多单元功率变换器的单元的单元电容器电压的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种确定多单元(cell)功率变换器的单元的单元电压的方法和设备，其中，该设备包括单元和控制单元，其中，单元包括被互连为具有第一和第二相腿的全桥变换器的四个功率电子阀，每个相腿包括四个功率电子阀中的两个的串联连接，并且每个相腿的两个功率电子阀之间的连接点是可外部连接的；被并联地连接至第一和第二相腿的单元电容器，和四个栅极单元，每个栅极单元被连接至功率电子阀中的相应的一个以及控制单元。

背景技术

多单元功率变换器在这里应理解为包括至少两个相同子单元(称为单元)的串联连接的功率变换器，其中，每个子单元或单元包括至少四个功率电子阀和储能单元(诸如电容器)。所述至少两个单元的串联连接能够连接在两个AC相之间或AC相与零线之间或第一和第二DC极之间，这取决于功率变换器的性质，即取决于其是AC/AC还是AC/DC变换器，取决于其拥有多少相和该相被如何相互连接。

本发明所涉及的多单元功率变换器中的每个单元包括被互连为具有被并联地连接至两个相同相腿的单元电容器的全桥变换器或子变换器，每个相腿包括功率电子阀中的两个的串联连接。例如从F.Z.Peng等人在IEEE Transactions on Industry Applications，Vol.32，No.5，Sept/Oct 1996，pp.1130-1138中的“A multilevel voltage-source inverter with separate DC sources for Static Var generation”已知被用于AC/AC变换器的此类单元结构。两个相腿中的每一个的两个功率电子阀之间的连接点被连接至输出端子，即单元可经由这两个输出端子连接至另一相邻单元或任何其它外部设备或连接。

本发明所涉及的变换器的功率电子阀每个包括关断型的功率半导体开关和与之反并联连接的续流二极管，关断型的功率半导体开关诸如IGBT(绝缘栅双极晶体管)、IGCT(集成门极换向晶闸管)或GTO(栅极可关断晶闸管)。功率半导体开关和续流二极管可以是单个器件或多个此类器件的串联连接，这取决于其意图被用于的电压水平。对于单元电容器而言同样如此。

为了产生导通和关断每个功率半导体所需的电子信号，将所谓的栅极驱动单元或栅极单元连接至每个功率半导体开关的栅极。从EP0868014B1已知用于此类栅极单元的示例的结构和功能，其中，栅极单元经由光纤通信线路从控制设备接收控制信号。控制信号是导通相应功率半导体开关的逻辑一或将其关断的逻辑零。

根据现有技术，以这样的方式来控制如上所述的多单元功率变换器的每个单元的功率电子阀中的四个功率半导体开关，即在相应单元的输出端子两端产生三个不同的可能电压水平中的一个，其中，所述电压水平是加或减单元电容器两端的电压或零电压。在下文中将单元电容器两端的电压称为单元电容器电压，并将单元电容器电压的数值表示称为单元电容器电压值。通过适当地对功率半导体开关的开关进行定时，另外保证了至少不时地对单元电容器再充电以便补偿各单元中的任何损耗。此外，单元电容器被再充电或充电以将单元电容器电压保持在期望的电容器电压水平，所述期望的电容器电压水平优选地对于所有串联连接的单元而言都是相等的，以便保持单元上的分压平衡。然后通过以期望的方式调整所有串联连接的单元的输出电压的和来控制多单元功率变换器的总电压。

对于单元和变换器的此控制而言，分别地，需要已知单独的单元电容器电压值。获得单元电容器电压值的直接解决方案是与单元电容器并联连接地布置第一电压测量单元。

发明内容

本发明的目的是提出一种改进的方法和设备以确定上述多单元功率变换器的单元的单元电容器值。

由根据权利要求1的方法和根据权利要求12的设备来实现此目的。

本发明基于这样的事实的认识，即在多单元变换器的单元的正常操作期间，每个单元的四个功率半导体开关的开关模式使得除换向及其它短暂时间之外，每个相腿的仅一个功率半导体开关被导通，同时另一个被关断，其中，被导通意味着开关处于闭合状态且被关断意味着开关处于打开状态。进一步认识到根据处于导通状态的功率半导体开关的电阻，向被关断的功率半导体开关施加单元电容器电压的全部或至少最大部分。因此将可以通过测量当前被关断的每个单元的两个功率半导体开关中的一个两端的电压并通过(如果有必要)用处于导通状态的各功率半导体开关两端的电压降修正此值来确定单元电容器电压值。