对于模块化多级ac/dc转换器中转换器单元的pwm的过调制型脉冲下降的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及多级转换器。更特定地，本发明涉及用于控制多级转换器的相脚中的单元的方法和计算机程序产品、对于多级转换器的控制设备和多级转换器。
【背景技术】
[0002]关注多级转换器在许多不同的输电环境中使用。它们可例如用作直流输电系统中的电压源转换器。它们然后通常用于在直流电(DC)与三相交流电(AC)之间转换。多级转换器然后典型地基于许多转换器单元，其中单元基本上提供电压贡献，其是零或基于单元的能量存储元件的电压，例如跨单元电容器的电压。
[0003]单元此外通常置于相脚中，其中每个相存在一个相脚。
[0004]控制相脚的单元的一个方法是对每个相脚的每个单元提供载波，其中相脚的载波具有典型地与锯齿波形相同的一致形状，但在时间上彼此以一定时间延迟地移位。每个这样的载波然后与成型为正弦波的电压参考比较。如果对应的载体越过电压参考则开关单元。该类型的控制在WO 2009/097063中示意示出和描述。
[0005]在这样的控制中，可以出现载波的峰值略微超过电压参考峰值的情形。如果载波峰值的出现在电压参考峰值附近的区间中出现(该区间可以是在峰值附近的±30度)，则对应的单元可接通、之后几乎立即切断或反之亦然。该类型的开关通常不是必需的，但只导致不必要的开关损耗。因为单元的数量可是高的，多级转换器中不必要开关的数量可是明显的。
[0006]因此存在限制开关的需要。
[0007]WO 96/18234描述在峰值处限制开关所采用的一个方法，其通过所谓的死区脉宽调制(DBPWM)。
[0008]在死区PWM中，开关模式通过引入共模电压来实现，该共模电压基本上是具有不同频率的许多零序分量，例如三次、五次、九次等。共模意指全部三个相位具有相同的波形整形器。在DBPWM中，零序从而添加到许多相位所共有的电压参考。该零序添加使某些区域中的电压提升，例如在峰值电压附近，这可用于避免在峰值水平附近的开关。
[0009]JP 2000-69760 和 JP 09-149660 似乎也描述 DBPWM 的变化。
[0010]DBPWM 此外由 V.G.Agelidis, P.D.Z1gas、G.Joos 在 Conf.Rec.1EEE PESC1992、页 427-432 的“Dead-band PWM switching patterns (死区 PWM 开关模式)”中描述。
[0011]A.M Massoud等人也在2003年6月15-19日第34届电力电子专家会议、卷1、页171-176 的 “Control techniques for Multilevel Voltage Source Inverters (对于多级电压源逆变器的控制技术)”中描述DPBWM。
[0012]然而，这样引入零序将改变除峰值区域以外的区域中的共同电压参考的形状，例如在电压参考具有最陡斜坡的区域。这将导致不必要的开关，这不是可取的。在多级转换器中，载体的频率通常比2级转换器的载体频率低得多。这意指对于多级转换器的载波的较低斜率可导致在该区域中具有与电压参考的若干交叉。
[0013]常规DBPWM在基于单元的转换器中的应用可导致许多额外开关。Massoud还提到另一个调制方法:修改正弦PWM，其中修改载体。Massoud还提到该类型的调制导致复杂的硬件实现。如果应用于具有若干时移载体的情形(如在上文关于WO 2009/097063描述的)则该硬件实现将变得甚至更复杂。
[0014]因此在电压源转换器中的单元控制领域中仍然存在改进尤其以便减少开关损耗的需要。
【发明内容】
[0015]本发明针对使在多级转换器中进行的开关的量减少。
[0016]该目标根据本发明的第一方面通过控制多级转换器(其操作成在交流电与直流电之间转换)的相脚中的单元的方法来实现，该方法由转换器的单元控制部件执行并且包括:使用抽头变换器控制来将转换器的调制指数调节到0.8以上，
对相脚提供载波组，其中相脚的载波一致但在时间上彼此以一定时间延迟地移位， 对相脚提供电压参考，其与为转换器的其他相脚提供的电压参考分开，
在输电转换器波形的波形值检测为在输电转换器波形的峰值附近的选择区间中时停止单元的开关，以及
在输电转换器波形的波形值检测为在所述选择区间外时基于相应载波与电压参考的比较来控制部件的开关。
[0017]根据本发明的第二方面该目标通过对于操作成在交流电与直流电之间转换的多级转换器的控制设备实现，该转换器连接到可经由抽头变换器控制的变压器并且包括具有单元的三个相脚，该控制设备包括:
中央控制元件，其配置成
使用抽头变换器控制来将转换器的调制指数调节到0.8以上，以及对相脚提供电压参考，其与为其他相脚提供的电压参考分开，
载体提供块，其配置成对相脚提供载波组，其中相脚的载波一致但在时间上彼此以一定时间延迟地移位，
单元控制块组，其中每个单元控制块配置成将对应的载波与电压参考比较并且基于比较来控制对应的单元，以及开关控制块(34 )，其配置成
在输电转换器波形的波形值检测为在输电转换器波形的峰值附近的选择区间中时使单元控制块停止开关单元，以及
在输电转换器波形的波形值检测为在所述选择区间外时允许单元控制块控制部件的开关。
[0018]根据本发明的第三方面目标此外通过操作成在交流电与直流电之间转换的多级转换器实现，该转换器连接到可经由抽头变换器控制的变压器并且包括
具有单元的三个相脚，以及
控制部件，其包括根据第二方面的中央控制元件、单元控制块组和开关控制块。
[0019]根据本发明的第四方面目标也通过用于控制多级转换器(其操作成在交流电与直流电之间转换)的相脚中的单元的计算机程序产品实现，
该计算机程序产品作为数据载体而提供，该数据载体包括计算机程序代码，其配置成在所述计算机程序代码加载到控制设备时促使该控制设备使用抽头变换器控制来将转换器的调制指数调节到0.8以上，
对相脚提供载波组，其中相脚的载波一致但在时间上彼此以一定时间延迟地移位， 对相脚提供电压参考，其与为转换器的其他相脚提供的电压参考分开，
在输电转换器波形的波形值检测为在输电转换器波形的峰值附近的选择区间中时停止单元的开关，以及
在输电转换器波形的波形值检测为在所述选择区间外时基于相应载波与电压参考的比较来控制部件的开关。
[0020]本发明具有许多优势。开关频率减少并且由此开关损耗也减少。单元电压纹波和循环电流不受影响。此外转换器的AC电压能力增加。
【附图说明】
本发明将在下面参考附图描述，其中
图1示意地示出在两个交流电力线之间连接的直流输电系统，
图2示意地示出在两个极之间连接的基于单元的电压源转换器，
图3示出电压源转换器的单元控制元件的硬件实现，
图4示意地示出电压源转换器的中央控制元件的参考调整块，
图5示意地示出第一类型的电压源转换器单元的结构，
图6示意地示出第二类型的电压源转换器单元的结构，
图7示意地示出第三类型的电压源转换器单元的结构，
图8示意地示出电压参考连同用于控制相脚单元的许多载波，
图9示意地示出根据本发明的实施例控制相脚中的单元的方法的流程图，以及图10示意地示出计算机程序产品，其包括用于实现本发明的方法的计算机程序代码。
【具体实施方式】
[0021]在下面，将给出本发明的优选实施例的详细描述。
[0022]在图1中，示意地示出有高压输电系统10，其中本发明的原理可适用。电力供应传输系统10在本发明中是直流输电系统10，并且接着例如是HVDC (高压直流)输电系统。应意识到本发明不限于这样的系统，而可在其他类型的DC输电系统中使用。
[0023]在图中存在第一交流(AC)电力线12，其通向第一变压器14。该第一变压器14连接到第一转换器16，其在AC与DC之间转换。该第一转换器16进而连接到DC输电链路20。DC传输链路20可作为电缆或架空线而提供并且通向第二转换器18，其可以是也在AC与DC之间转换的逆变器。第二转换器18此外连接到第二变压器22。该第二变压器22进而连接到第二 AC电力线24。还存在在第一变压器14与第一转换器16之间连接的抽头变换器25。该抽头变换器25可连接到第一变压器14的两侧中的任一个。它可例如连接到第一变压器14的二次绕组或它可连接到第一变压器14的一次绕组。抽头变换器是可以控制成通过影响变压器的匝数比来改变转换器的调制级的元件。应认识到抽头变换器也在第二转换器与第二变压器之间连接是可能的。
[0024]在图1中不出的系统是所谓的不对称单极系统。应认识到系统10可最好是对称单极或双极系统。
[0025]图2示出第一转换器16的一个变化，其是采用基于单元的电压源转换器形式的多级转换器。转换器16包括三相桥，其由许多相脚组成。在该情况下存在三个相脚。从而存在第一相脚PLl、第二相脚PL2和第三相脚PL3。相脚更特定地在两个DC极Pl和P2之间连接并且相脚的中点连接到对应的交流端子AC1、AC2、AC3。相脚的中点在这里经由电抗器LACULAC2和LAC3连接到对应的AC端子。相脚由此分成两半，上半和下半，其中这样的半个也叫作相臂。
[0026]每个相脚PL1、PL2、PL3具有第二和第二端点。在图1中描述的那类转换器中，全部相脚PLl、PL2、PL3的第一端点连接到第一 DC端子DC+，而第二端点连接到第二 DC端子DC-，其中该第一 DC端子DC+形成第一极Pl并且第二 DC端子形成第二极P2。在图1中的示例中，第一极可使用DC电力线提供，而第二极连接到地面。
[0027]在图1中的第一示例中的电压源转换器16的