变换器控制器,电能变换系统以及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开的实施方式涉及电能变换系统，特别涉及用于电能变换系统的改进的 调制方法。
【背景技术】
[0002] 变换器（Converter)，尤其是多电平变换器，由于其具有较好的输出波形品质以及 较高的耐压能力，在很多工业领域取得逐渐广泛的应用。例如，多电平变换器可以被用来执 行直流至交流的电能变换操作，以提供单相或者多相交流电压给泵或者车辆设备中使用的 电机装置，以驱动电机运转。另外，多电平变换器还被用在发电系统中，例如，风力发电设备 以及光伏或者太阳能发电设备中，以执行直流至交流的电能变换操作，以提供单相或者多 相的交流电压给电网，以供电网进行传输和分配。
[0003] 通常，该多电平变换器包括多个开关元件或者器件，例如，绝缘栅双极型晶体管和 集成门极换流晶闸管等，这些开关元件或者器件在提供的具有特定开关样式的开关信号的 作用下，执行开通和关断动作，以进行电能变换。该开关信号的开关样式可以执行一个或者 多个调制方法进行改变。
[0004] 仍然有必要提供改进的调制方法以供电能变换系统使用。
【发明内容】
[0005] 有鉴于上文提及之技术问题或者技术需求，本发明的一个方面在于提供一种电能 变换系统。该电能变换系统包括至少一个变换器装置以及与该至少一个变换器装置连接的 控制器。该至少一个变换器装置包括至少第一变换器模块和第二变换器模块，该第一变换 器模块和该第二变换器模块相互连接形成嵌套式中点导向结构，该第一和第二变换器模块 每一者包括多个开关单元。该控制器包括高阶调制单元和脉冲样式分配单元，该高阶调制 单元被配置成执行调制方法以产生多电平脉冲信号，该多电平脉冲信号具有与该变换器期 望获得的输出相对应的波形。该脉冲样式分配单元被配置成至少根据该多电平脉冲信号以 及至少一个获得的与该变换器运作相关的系统状态信号，并使用该等多个开关单元存在的 冗余开关状态，来主动产生提供给该多个开关单元的开关信号。
[0006] 在一些实施方式中，在提供的电能变换系统中，该高阶调制单元被配置成使用至 少一个指令信号对多载波信号进行调制，以产生多电平脉冲信号。
[0007] 在一些实施方式中，在提供的电能变换系统中，该电能变换系统包括至少一个第 一飞跨电容器和第二飞跨电容器，该第一飞跨电容器和该第二飞跨电容器连接在该第一变 换器模块和该第二变换器模块之间。其中，该脉冲样式分配单元被配置成至少根据一个或 者多个获得的与该变换器运作相关的飞跨电容电压产生提供给该多个开关单元的开关信 号，以在一个或者多个控制周期平衡该第一飞跨电容器和该第二飞跨电容器的电压。
[0008] 在一些实施方式中，在提供的电能变换系统中，该电能变换系统包括至少一个电 压传感器，该至少一个电压传感器用于测量该一个或者多个飞跨电容电压。
[0009] 在一些实施方式中，在提供的电能变换系统中，该一个或者多个飞跨电容电压根 据与该第一、第二飞跨电容器相关的其他信号，并根据物理模型预测得到。
[0010] 在一些实施方式中，在提供的电能变换系统中，该脉冲样式分配单元被配置成至 少根据一个或者多个获得的与该变换器运作相关的热状态信号产生提供给该多个开关单 元的开关信号，以在一个或者多个控制周期降低该多个开关单元中的一者或者多者的热损 耗。
[0011] 在一些实施方式中，在提供的电能变换系统中，该电能变换系统包括一个或者多 个热传感器，该一个或者多个热传感器用于测量该一个或者多个热状态信号。
[0012] 在一些实施方式中，在提供的电能变换系统中，该一个或者多个热状态信号基于 热方程预测得到。
[0013] 在一些实施方式中，在提供的电能变换系统中，该高阶调制单元被配置成在不同 的调制指数下产生该多电平脉冲信号。
[0014] 在一些实施方式中，在提供的电能变换系统中，该高阶调制单元被配置成在不同 的载波比下产生该多电平脉冲信号。
[0015] 本发明的另一个方面在于提供一种方法，该方法用于控制电能变换系统中变换器 的运行。该方法至少包括如下步骤：通过调制方法产生多电平脉冲信号，该多电平脉冲信号 的波形与该变换器期望获得的输出的波形相对应；以及至少根据该多电平脉冲信号一个或 者多个获得的与该变换器相关的系统状态信号主动调整提供给该变化器中多个开关单元 的开关信号。
[0016] 在一些实施方式中，在提供的方法中，还包括如下步骤：将该多个开关信号作用到 该第一变换器模块和第二变换器模块的多个开关单元，其中，该第一变换器模块和该第二 变换器模块相互连接形成嵌套式中点导向结构。
[0017] 在一些实施方式中，在提供的方法中，其中主动调整提供给该变化器中多个开关 单元的开关信号的步骤包括至少根据一个或者多个获得的与该变换器运作相关的飞跨电 容电压来主动调整给作用到该多个开关单元的开关信号。
[0018] 在一些实施方式中，在提供的方法中，其中主动调整提供给该变化器中多个开关 单元的开关信号的步骤包括至少根据一个或者多个获得的与该变换器运作相关的热状态 信号来主动调整给作用到该多个开关单元的开关信号，以降低该多个开关单元中一者或者 多者的热损耗。
[0019] 本发明的另一个方面在于提供一种电能变换系统。该电能变换系统包括至少一个 变换器装置以及与该至少一个变换器装置连接的控制器。该至少一个变换器装置包括第一 变换器模块和第二变换器模块，该第一变换器模块和该第二变换器模块相互连接形成嵌套 式中点导向结构，该第一和第二变换器模块每一者包括多个开关单元。该控制器被配置成 至少根据具有第一数值的第一种系统状态信号发送第一组具有第一组合开关状态的开关 信号给该第一和第二变换器模块中的多个开关单元，使得该变换器提供具有指令电平等级 的输出。该控制器还被配置成至少根据具有第二数值的第一种系统状态信号发送第二组具 有第二组合开关状态的开关信号给该第一和第二变换器模块中的多个开关单元，使得该变 换器装置提供具有该相同指令电平等级的输出，该第二组合开关状态与该第一组合开关状 态不相同。
[0020] 在一些实施方式中，在提供的电能变换系统中，该控制器被配置成至少根据具有 第一数值的第二种系统状态信号发送第一组具有第一组合开关状态的开关信号给该第一 和第二变换器模块中的多个开关单元，使得该变换器提供具有指令电平等级的输出；该控 制器还被配置成至少根据具有第二数值的第二种系统状态信号发送第二组具有第二组合 开关状态的开关信号给该第一和第二变换器模块中的多个开关单元，使得该变换器装置提 供具有该相同指令电平等级的输出，该第二组合开关状态与该第一组合开关状态不相同。
[0021] 在一些实施方式中，在提供的电能变换系统中，该第一种系统状态信号和该第二 种系统状态信号被设置成按照不同的优先级进行优化。
[0022] 本发明的另一个方面在于提供一种电能变换系统。该电能变换系统包括至少一个 变换器装置以及与该至少一个变换器装置连接的控制器。该至少一个变换器装置包括第一 变换器模块，第二变换器模块，第一飞跨电容器和第二飞跨电容器，该第一变换器模块和该 第二变换器模块相互连接形成嵌套式中点导向结构，第一飞跨电容器和第二飞跨电容器与 该第一变换器模块和第二变换器模块连接，该第一和第二变换器模块每一者包括多个开关 单元。该控制器包括高阶调制单元和脉冲样式分配单元，该高阶调制单元被配置成使用至 少一个电压指令信号对多载波信号进行调制以产生多电平脉冲信号，该多电平脉冲信号具 有与该变换器期望获得的输出相对应的波形。该脉冲样式分配单元被配置成至少根据该多 电平脉冲信号以及至少一个测量获得的代表该第一飞跨电容器和第二飞跨电容器在之前 一个或者多个周期内的飞跨电容电压状态信号，并使用该等多个开关单元存在的冗余开关 状态，来产生提供给该多个开关单元的开关信号。
[0023] 本发明的另一个方面在于提供一种电能变换系统。该电能变换系统包括至少一个 变换器装置以及与该至少一个变换器装置连接的控制器。该至少一个变换器装置包括第一 变换器模块，第二变换器模块，第一飞跨电容器和第二飞跨电容器，该第一变换器模块和该 第二变换器模块相互连接形成嵌套式中点导向结构，第一飞跨电容器和第二飞跨电容器与 该第一变换器模块和