專(zhuān)利名稱(chēng)：功率變換器脈寬調(diào)制(pwm)策略的同步和相移的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)使用脈寬調(diào)制(PWM)策略進(jìn)行操作的功率變換器的同步進(jìn)行控制的方法，其中這些功率變換器可以用于將提供變頻可變電壓的發(fā)電機(jī)接入具有標(biāo)稱(chēng)固定電壓和頻率的電力網(wǎng)或者供電網(wǎng)絡(luò)。然而，這些方法還可以用于使用PWM策略進(jìn)行操作的功率變換器的同步，其中這些功率變換器例如可用于把需要變頻可變電壓的 電動(dòng)機(jī)接入具有標(biāo)稱(chēng)固定電壓和頻率的供電網(wǎng)絡(luò)(交流母線(xiàn))。其它的應(yīng)用包括使用PWM策略進(jìn)行操作的功率變換器的同步，其中這些功率變換器被配置為提供靜態(tài)伏安無(wú)源(VAR)補(bǔ)償。
背景技術(shù)：
關(guān)于上述潛在應(yīng)用中的第一個(gè)，有可能通過(guò)使用風(fēng)輪機(jī)直接地或借助變速箱來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子來(lái)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能。在發(fā)電機(jī)的定子端產(chǎn)生的交流頻率(“定子電壓”)直接與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度成比例。發(fā)電機(jī)端的電壓也作為速度的函數(shù)發(fā)生變化，并且取決于發(fā)電機(jī)的特定類(lèi)型還會(huì)在磁通水平上發(fā)生變化。為了最優(yōu)的能量獲取，風(fēng)輪機(jī)輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度會(huì)根據(jù)驅(qū)動(dòng)渦輪葉片的風(fēng)的速度而變化。為了限制高風(fēng)速下的能量獲取，可以通過(guò)改變渦輪葉片的螺距來(lái)控制輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度。通過(guò)使用功率變換器可以實(shí)現(xiàn)將發(fā)電機(jī)的可變電壓和頻率與供電網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)稱(chēng)固定電壓和頻率相連接。功率變換器通常包括發(fā)電機(jī)橋，該發(fā)電機(jī)橋在正常操作中用作把電力提供給直流鏈路的有源整流器。發(fā)電機(jī)橋可以具有使用脈寬調(diào)制(PWM)策略進(jìn)行完全控制和調(diào)節(jié)的一系列半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件的任何適宜的拓?fù)?。發(fā)電機(jī)橋的直流輸出電壓被供給網(wǎng)橋的直流端，該網(wǎng)橋在正常操作中用作有源逆變器。對(duì)直流輸出電壓的主要控制是通過(guò)控制發(fā)電機(jī)橋來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是也可以使用其它控制直流鏈路電壓的方法。網(wǎng)橋可以具有使用PWM策略進(jìn)行完全控制和調(diào)節(jié)的一系列半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件的任何適宜的拓?fù)?。網(wǎng)橋的交流輸出電壓被濾波并經(jīng)過(guò)升壓變壓器提供至標(biāo)稱(chēng)固定頻率供電網(wǎng)絡(luò)。保護(hù)性接電裝置可被包括在其中以向供電網(wǎng)絡(luò)提供可靠的連接，并且將發(fā)電機(jī)與變流器系統(tǒng)與供電網(wǎng)絡(luò)隔離開(kāi)以滿(mǎn)足各種操作性和非操作性要求。輸出至供電網(wǎng)絡(luò)的電力必須符合由各種標(biāo)準(zhǔn)和電網(wǎng)規(guī)程的要求。例如，在一個(gè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，與切換頻率的邊帶相關(guān)的諧波電壓失真的幅度應(yīng)當(dāng)保持為低于該供電網(wǎng)絡(luò)處于基頻時(shí)電壓波形的電壓幅度的O. 2%。在網(wǎng)橋中使用的PWM策略通常工作在給定的切換頻率。電力網(wǎng)或供電網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)稱(chēng)固定頻率與PWM策略的切換頻率之間的混合會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)橋交流輸出電壓中的諧波。如果兩個(gè)或更多功率變換器連接至普通供電網(wǎng)絡(luò)或電力網(wǎng)(例如，在風(fēng)電場(chǎng)的情況下，其中多個(gè)風(fēng)輪機(jī)可能通過(guò)并聯(lián)連接至供電網(wǎng)絡(luò))，則輸出至供電網(wǎng)絡(luò)的電力中的總諧波電壓失真有可能超過(guò)為公共點(diǎn)限定的要求限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種對(duì)多個(gè)可用于接入供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器進(jìn)行控制的方法，其中每個(gè)功率變換器都包括一個(gè)網(wǎng)橋，該網(wǎng)橋按照具有相同切換周期的脈寬調(diào)制(PWM)策略進(jìn)行操作，其在供電網(wǎng)絡(luò)電壓中導(dǎo)致至少一個(gè)有害諧波，該方法包括如下步驟，即為每個(gè)網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期提供不同的相對(duì)于時(shí)間基準(zhǔn)的時(shí)間偏移，以使得供電網(wǎng)絡(luò)電壓中的至少一個(gè)有害諧波被至少部分地消除。此方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，至少一個(gè)有害諧波(例如，通過(guò)把電力網(wǎng)或供電網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)稱(chēng)固定頻率與PWM策略的切換頻率混合起來(lái)而產(chǎn)生的有害諧波)可被部分地消除，并且在某些情況下可以完全消除。在每個(gè)功率變換器均用于把發(fā)電機(jī)接入供電網(wǎng)絡(luò)的情況下，此方 法使得通過(guò)網(wǎng)橋陣列輸出至供電網(wǎng)絡(luò)的電力能夠符合由各種標(biāo)準(zhǔn)和電網(wǎng)規(guī)程所限定的諧波失真上的要求。在每個(gè)功率變換器均用于把電動(dòng)機(jī)接入供電網(wǎng)絡(luò)(或母線(xiàn))的情況下，此方法使得供電網(wǎng)絡(luò)電壓中任何由每個(gè)網(wǎng)橋的操作所導(dǎo)致的諧波失真能夠被減小。類(lèi)似地，在每個(gè)功率變換器均操作為靜態(tài)伏安無(wú)源(VAR)補(bǔ)償器時(shí)，此方法使得供電網(wǎng)絡(luò)電壓中任何由每個(gè)網(wǎng)橋的操作所導(dǎo)致的諧波失真能夠被減小。每個(gè)功率變換器的操作，特別是應(yīng)用于相關(guān)網(wǎng)橋的PWM策略，可以由電子控制器控制?？刂破骺梢员患傻骄W(wǎng)橋中，或者作為分離的獨(dú)立單元提供。無(wú)論如何，都應(yīng)認(rèn)識(shí)到控制器構(gòu)成了更一般的功率變換器的一個(gè)組成部分，在本說(shuō)明書(shū)中任何對(duì)控制器或網(wǎng)橋的引述均可認(rèn)為是對(duì)其相關(guān)功率變換器的引述，反之亦然。更特別地，在本說(shuō)明書(shū)中任何對(duì)由功率變換器提供的控制操作的引述也可以在適當(dāng)處由控制器或網(wǎng)橋執(zhí)行。從后面的說(shuō)明書(shū)中容易認(rèn)識(shí)到用來(lái)同各個(gè)時(shí)間偏移進(jìn)行比較的“時(shí)間基準(zhǔn)”可以是例如公共時(shí)間信號(hào)或者由級(jí)聯(lián)陣列構(gòu)造中的“主”功率變換器產(chǎn)生的時(shí)間信號(hào)的脈沖邊沿(例如上升沿或下降沿)。依據(jù)環(huán)境和功率變換器的預(yù)計(jì)操作條件可以使用任何適當(dāng)?shù)摹皶r(shí)間基準(zhǔn)”。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，所述方法還包括如下步驟生成公共時(shí)間信號(hào)以用作時(shí)間基準(zhǔn)，將公共時(shí)間信號(hào)提供給每個(gè)功率變換器，以及為每個(gè)網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期提供不同的相對(duì)于公共時(shí)間信號(hào)的時(shí)間偏移，以使得至少一個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)電壓中的有害諧波被至少部分地消除。每個(gè)網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期都是標(biāo)稱(chēng)(nominalIy )相同的，并且?guī)е髯缘臅r(shí)間偏移與公共時(shí)間信號(hào)同步(或“鎖定”)。在使用該方法控制三個(gè)并聯(lián)功率變換器的情況下，第一功率變換器的網(wǎng)橋可以按照一種具有給定切換周期的PWM策略進(jìn)行操作，其中該給定切換周期相對(duì)于公共時(shí)間信號(hào)具有第一時(shí)間周期的偏移。第二功率變換器的網(wǎng)橋可以按照一種具有相同給定切換周期的PWM策略進(jìn)行操作，其中該給定切換周期相對(duì)于公共時(shí)間信號(hào)具有第二時(shí)間周期的偏移。第三功率變換器的網(wǎng)橋可以按照一種具有相同給定切換周期的PWM策略進(jìn)行操作，其中該給定切換周期相對(duì)于公共時(shí)間信號(hào)具有第三時(shí)間周期的偏移。第一、第二和第三偏移全不相同，并且對(duì)其的選擇使得供電網(wǎng)絡(luò)電壓中的至少一個(gè)有害諧波被至少部分地消除。
網(wǎng)橋中的一個(gè)的PWM策略的切換周期相對(duì)于公共時(shí)間信號(hào)偏移的時(shí)間周期可以為零。每個(gè)網(wǎng)橋的PWM策略相對(duì)于公共時(shí)間信號(hào)而錯(cuò)開(kāi)的時(shí)間偏移可以用PWM策略的切換周期的百分比的方式表述。例如，在上述將該方法用于控制三個(gè)并聯(lián)功率變換器的情況下，第一功率變換器的網(wǎng)橋可以按照一種具有給定切換周期的PWM策略進(jìn)行操作，其中該給定切換周期具有占該切換周期0%的第一時(shí)間周期的偏移(S卩，第一功率變換器的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期相對(duì)于公共時(shí)間信號(hào)沒(méi)有偏移)。第二功率變換器的網(wǎng)橋可以按照具有相同給定切換周期的PWM策略進(jìn)行操作，其中該給定切換周期具有占該切換周期33. 3%的第二時(shí)間周期的偏移。第三功率變換器的網(wǎng)橋可以按照具有相同給定切換周期的PWM策略進(jìn)行操作，其中該給定切換周期具有占該切換周期66. 6%的第三時(shí)間周期的偏移。PWM策略可以由具有標(biāo)稱(chēng)PWM頻率的載波波形代表。于是每個(gè)時(shí)間偏移都可以認(rèn)為是等同于每個(gè)網(wǎng)橋的PWM策略的載波波形的相移。如果PWM周期等價(jià)于360°，并且第 一、第二、第三時(shí)間周期占切換周期的O %、33. 3 %和66. 6 %，則每個(gè)網(wǎng)橋的PWM策略的載波波形將分別相移0°、120°和240°相同的原理自然可以應(yīng)用于帶有任意數(shù)量的并聯(lián)功率變換器的裝置。每個(gè)網(wǎng)橋的PWM策略的時(shí)間偏移可以參照受到本發(fā)明的方法控制的功率變換器的數(shù)量來(lái)確定。因而，如果連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量發(fā)生改變，則可以調(diào)整與網(wǎng)橋中的一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的時(shí)間偏移。這種調(diào)整確保了即便功率變換器中的一個(gè)或多個(gè)離線(xiàn)或者再次在線(xiàn)，供電網(wǎng)絡(luò)電壓中的至少一個(gè)有害諧波也能夠被有效地消除。如果特定的時(shí)間偏移必須被調(diào)整，則優(yōu)選逐漸地執(zhí)行(例如使用斜坡函數(shù))而不是以突然和離散的方式。每個(gè)功率變換器都發(fā)送狀態(tài)信息來(lái)說(shuō)明其在線(xiàn)(即連接至供電網(wǎng)絡(luò)并正確操作)或離線(xiàn)。關(guān)于在任何給定時(shí)刻連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量的連接信息可以周期性地、或者當(dāng)在線(xiàn)功率變換器的數(shù)量改變時(shí)被發(fā)送至全部功率變換器。對(duì)于狀態(tài)信息和連接信息的定時(shí)要求通常不會(huì)像對(duì)公共時(shí)間信號(hào)的要求一樣嚴(yán)格，因?yàn)榭梢栽试S所述至少一個(gè)有害諧波在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)超出由各種標(biāo)準(zhǔn)和電網(wǎng)規(guī)程限定的諧波電壓失真量級(jí)。狀態(tài)信號(hào)和連接信號(hào)可以用例如射頻(RF)信號(hào)的無(wú)線(xiàn)信號(hào)來(lái)發(fā)送，或者是通過(guò)電纜或光纖發(fā)送的電信號(hào)或光信號(hào)。公共時(shí)間信號(hào)可以由獨(dú)立定時(shí)控制器產(chǎn)生，并且隨后被發(fā)送至全部功率變換器。另一種方案是，公共時(shí)間信號(hào)可以由功率變換器中的一個(gè)產(chǎn)生，并且隨后被發(fā)送至其余全部的功率變換器。產(chǎn)生公共時(shí)間信號(hào)的功率變換器通?？煞Q(chēng)為“主”功率變換器，其余的功率變換器通常成為“從”功率變換器?！爸鳌惫β首儞Q器的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期必須使其相位鎖定到公共時(shí)間信號(hào)，并且該切換周期具有如上所述相對(duì)于公共時(shí)間信號(hào)的適當(dāng)時(shí)間偏移。公共時(shí)間信號(hào)可以由集成到“主”功率變換器的定時(shí)控制器產(chǎn)生。公共時(shí)間信號(hào)可以具有固定的周期。例如，可以從全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)得到公共時(shí)間信號(hào)，諸如由全球定位系統(tǒng)(GPS)提供的I秒時(shí)間節(jié)拍(tick)。如果每個(gè)功率變換器的網(wǎng)橋都具有2. 5kHz的標(biāo)稱(chēng)切換頻率，則相當(dāng)于每I秒時(shí)間節(jié)拍內(nèi)執(zhí)行PWM策略2500次。公共時(shí)間信號(hào)的周期還可以等于PWM策略的標(biāo)稱(chēng)切換周期。如果每個(gè)功率變換器的網(wǎng)橋都具有400 μ s的標(biāo)稱(chēng)切換周期，則公共時(shí)間信號(hào)可以為400 μ s的時(shí)間節(jié)拍，其中在每個(gè)時(shí)間節(jié)拍中執(zhí)行PWM策略的一個(gè)周期。在供電網(wǎng)絡(luò)為電力網(wǎng)的情況下，公共時(shí)間信號(hào)的周期可以與供電網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)稱(chēng)固定頻率相關(guān)或者從中得出。如果由于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電力不穩(wěn)定(如果電力負(fù)載超過(guò)產(chǎn)生的電力則頻率下降，反之亦然)而使頻率在上限和下限之間變化，則公共時(shí)間信號(hào)可以受到調(diào)整以跟隨頻率變化。結(jié)合到本申請(qǐng)的英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)0617371. O描述了一種對(duì)可以用于接入以時(shí)變頻率進(jìn)行操作的供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器進(jìn)行控制的方法。該功率變換器包括網(wǎng)橋，該網(wǎng)橋按照具有切換頻率、標(biāo)稱(chēng)切換頻率和每周期多個(gè)脈沖的PWM策略進(jìn)行操作。PWM策略的切換頻率與供電網(wǎng)絡(luò)的時(shí)變頻率一致變化，以?xún)?yōu)選地僅得到時(shí)變頻率的整數(shù)倍諧波(以及優(yōu)選地僅整奇數(shù)倍諧波)。因此，本方法中使用的公共時(shí)間信號(hào)可以被設(shè)置為如下時(shí)間節(jié)拍，該時(shí)間節(jié)拍具有與從英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)0617371. O中得出的PWM策略的切換周期(Fpwm)的倒數(shù)相等的周期，在該方法中每時(shí)間節(jié)拍內(nèi)執(zhí)行一個(gè)周期的PWM策略。 應(yīng)用于每個(gè)網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期優(yōu)選地被設(shè)置為等于公共時(shí)間信號(hào)的周期。這種方法提供了使用公共時(shí)間信號(hào)來(lái)遠(yuǎn)程設(shè)置每個(gè)功率變換器的PWM策略切換周期的途徑以獲得額外的益處。公共時(shí)間信號(hào)可以通過(guò)任何適當(dāng)?shù)耐緩綇莫?dú)立定時(shí)控制器發(fā)送至功率變換器，或者從“主”功率變換器發(fā)送至“從”功率變換器。例如，公共時(shí)間信號(hào)可以為例如射頻(RF)信號(hào)的無(wú)線(xiàn)信號(hào)，或者是通過(guò)電纜或光纖發(fā)送的電信號(hào)或光信號(hào)。可能需要對(duì)主要由公共時(shí)間信號(hào)到功率變換器的發(fā)送時(shí)間所導(dǎo)致的硬件延遲進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)延遲占PWM策略切換周期的較大比例時(shí)，這種補(bǔ)償尤為重要。所述補(bǔ)償可能導(dǎo)致對(duì)一個(gè)或多個(gè)功率變換器的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期使用進(jìn)一步的時(shí)間偏移。具體來(lái)說(shuō)，PWM策略的切換周期可以相對(duì)于公共時(shí)間信號(hào)具有第一時(shí)間偏移以提供消除諧波電壓失真的基本途徑，并且相對(duì)于公共時(shí)間信號(hào)具有第二時(shí)間偏移，以補(bǔ)償公共時(shí)間信號(hào)的發(fā)送時(shí)間延遲和供電網(wǎng)絡(luò)電纜中的PWM頻率發(fā)送延遲，從而進(jìn)一步優(yōu)化已得的消除效果。在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，該方法包括步驟確定連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量，確定第一功率變換器的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期，將具有與第一功率變換器的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期相同的脈沖周期的時(shí)間信號(hào)發(fā)送至第二功率變換器來(lái)用作時(shí)間基準(zhǔn)，測(cè)量該時(shí)間信號(hào)的脈沖周期，將第二功率變換器的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期設(shè)置為等于測(cè)量得到的該時(shí)間信號(hào)的脈沖周期，以及使得第二功率變換器的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期相對(duì)于該時(shí)間信號(hào)偏移一個(gè)時(shí)間周期，所述時(shí)間周期實(shí)質(zhì)上等于測(cè)量得到的該時(shí)間信號(hào)的脈沖周期除以連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量，這樣可以至少部分地消除供電網(wǎng)絡(luò)電壓中的至少一個(gè)有害諧波。例如，在最基本的情形中，即確定將兩個(gè)功率變換器連接至供電網(wǎng)絡(luò)的情形，第二功率變換器的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期將偏移一個(gè)時(shí)間周期，所述時(shí)間周期實(shí)質(zhì)上等于測(cè)量得到的第一時(shí)間信號(hào)的脈沖周期除以二。任意數(shù)量的功率變換器可以如上所述地連接在一起以限定一個(gè)級(jí)聯(lián)陣列。易于理解，術(shù)語(yǔ)“級(jí)聯(lián)”是指其中時(shí)間信號(hào)在陣列中功率變換器之間通過(guò)并且陣列中的每個(gè)功率變換器仍并聯(lián)至供電網(wǎng)絡(luò)的方式。每個(gè)功率變換器優(yōu)選地發(fā)送具有與其相關(guān)聯(lián)網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期相等的脈沖周期的時(shí)間信號(hào)。每個(gè)接收到時(shí)間信號(hào)的功率變換器將會(huì)優(yōu)選地測(cè)量所接收時(shí)間信號(hào)的脈沖周期，設(shè)置其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期以使其匹配于所測(cè)得的脈沖周期，以及使得與其相關(guān)聯(lián)網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期偏移一個(gè)時(shí)間周期，其中所述時(shí)間周期實(shí)質(zhì)上等于測(cè)量得到的已接收時(shí)間信號(hào)的脈沖周期除以連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量。對(duì)于N個(gè)功率變換器的級(jí)聯(lián)陣列，該方法還包括如下步驟將具有與第N個(gè)功率變換器的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期相等的脈沖周期的第N個(gè)時(shí)間信號(hào)發(fā)送至第一功率變換器。換句話(huà)說(shuō)，陣列中的第一功率變換器優(yōu)選地接收來(lái)自陣列中最后一個(gè)功率變換器的時(shí)間信號(hào)。因此該陣列為“閉環(huán)”陣列。連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量N可以由物理連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量確定，無(wú)論其操作狀態(tài)如何。在這種情況下，N實(shí)質(zhì)上是固定的，并且基于例如特定風(fēng)電場(chǎng)、船舶推進(jìn)應(yīng)用或者伏安無(wú)源(VAR)補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)排列。為了實(shí)現(xiàn)消除，如果一個(gè)或多個(gè)功率變換器因故離線(xiàn)，連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量N將不會(huì)變化。這將導(dǎo)致對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)有害諧波的消除不夠有效，但是可能更加適合于特定應(yīng)用。一般優(yōu)選的是，連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量N由任意給定時(shí)間物理連接 至供電網(wǎng)絡(luò)并且在線(xiàn)的功率變換器的數(shù)量確定。換句話(huà)說(shuō)，N是動(dòng)態(tài)的，并且響應(yīng)于陣列中功率變換器的操作狀態(tài)而變化。這意味著連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量N將會(huì)被更新以提供對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)電壓中的至少一個(gè)有害諧波的更加有效的消除，并且每個(gè)功率變換器可以發(fā)送狀態(tài)信息來(lái)說(shuō)明其在線(xiàn)或離線(xiàn)。關(guān)于在任意給定時(shí)刻連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量N的連接信息可以周期性地或者當(dāng)在線(xiàn)功率變換器的數(shù)量變化時(shí)發(fā)送至全部功率變換器。在確定將要把偏移應(yīng)用至每個(gè)功率變換器的相關(guān)聯(lián)網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期時(shí)，每個(gè)功率變換器優(yōu)選地使用最新的或當(dāng)前的N值。時(shí)間信號(hào)可以通過(guò)任何適當(dāng)?shù)耐緩綇囊粋€(gè)功率變換器發(fā)送至另一個(gè)功率變換器。例如，時(shí)間信號(hào)可以為例如射頻(RF)信號(hào)的無(wú)線(xiàn)信號(hào)，或者是通過(guò)電纜或光纖發(fā)送的電信號(hào)或光信號(hào)。陣列中第一個(gè)上線(xiàn)的功率變換器優(yōu)選地充當(dāng)“主”功率變換器的角色并且作為陣列中的第一功率變換器。在第一種情形中，決定令其充當(dāng)“主”功率變換器的角色是因?yàn)椴淮嬖诨蛉狈θ魏斡稍摴β首儞Q器接收的時(shí)間信號(hào)。任何在其上線(xiàn)時(shí)接收到時(shí)間信號(hào)的功率變換器都將優(yōu)選地充當(dāng)“從”功率變換器的角色。任何因?yàn)槿魏卧蛭茨芙邮諘r(shí)間信號(hào)的“從”功率變換器(即，陣列中前方緊鄰的功率變換器離線(xiàn)或者時(shí)間信號(hào)被破壞)都可能充當(dāng)“主”功率變換器的角色。取決于功率變換器上線(xiàn)的次序，一個(gè)陣列可能在起始時(shí)具有兩個(gè)或更多個(gè)“主”功率變換器。如果一個(gè)或更多個(gè)功率變換器離線(xiàn)，則陣列也可能在結(jié)束時(shí)具有兩個(gè)或更多個(gè)“主”功率變換器。在這種情況下，該陣列實(shí)際上被分成一系列子陣列，其中每個(gè)“主”功率變換器在其相關(guān)聯(lián)的子陣列中占據(jù)第一功率變換器的位置。當(dāng)陣列中的全部功率變換器都在線(xiàn)并且正常操作時(shí)，優(yōu)選地只有一個(gè)“主”功率變換器。這個(gè)“主”功率變換器優(yōu)選地占據(jù)陣列中第一功率變換器的位置，其余的功率變換器優(yōu)選地充當(dāng)“從”功率變換器的角色并且在陣列中占據(jù)適當(dāng)?shù)奈恢?。在陣列中相鄰的功率變換器之間發(fā)送的時(shí)間信號(hào)可以包含關(guān)于角色(即，“主”或“從”)和/或關(guān)于發(fā)送時(shí)間信號(hào)的功率變換器在陣列中的位置的信息。盡管時(shí)間信號(hào)通常具有相同的脈沖周期，它們可能具有指示功率變換器在陣列中的位置的不同脈寬。這在陣列中的一個(gè)或多個(gè)功率變換器離線(xiàn)或出錯(cuò)的事件中是有用的。當(dāng)陣列中的全部功率變換器在線(xiàn)或者正常操作時(shí)，由陣列中的第一功率變換器接收的第N個(gè)時(shí)間信號(hào)的脈寬可以用來(lái)確認(rèn)其作為陣列中唯一的“主”功率變換器的角色。任何充當(dāng)“主”功率變換器的角色但卻接收到與通?？纱_認(rèn)“主”角色的時(shí)間信號(hào)脈寬不同的時(shí)間信號(hào)的功率變換器可以充當(dāng)“從”功率變換器的角色并且占據(jù)陣列中的適當(dāng)位置。例如，在三個(gè)功率變換器的級(jí)聯(lián)陣列中，其中陣列中的第一功率變換器從陣列中的最后一個(gè)功率變換器接收時(shí)間信號(hào)，每個(gè)功率變換器可被構(gòu)造來(lái)(a)(使用諸如后文詳述的適當(dāng)方法)確定PWM策略的脈沖周期，并且如果是“主”功率變換器，則(i)占據(jù)陣列中第一功率變換器的位置，(ii)將具有已確定脈沖周期的PWM策略應(yīng)用至與其相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)橋，并且(iii)發(fā)送具有等于已確定脈沖周期的脈沖周期和 20 μ s脈寬的時(shí)間信號(hào)；以及(b)如果是“從”功率變換器，則(i)測(cè)量所接收時(shí)間信號(hào)的脈沖周期，(ii)將具有測(cè)量得到的脈沖周期的PWM策略應(yīng)用于其相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)橋，以及(iii)發(fā)送脈寬等于所接收時(shí)間信號(hào)的脈寬加上20 μ S的時(shí)間信號(hào)。這意味著從“主”功率變換器接收時(shí)間信號(hào)的第一“從”功率變換器將發(fā)送具有40 μ s的脈寬的時(shí)間信號(hào)，而從第一“從”功率變換器接收時(shí)間信號(hào)的第二“從”功率變換器將發(fā)送具有60μ s的脈寬的時(shí)間信號(hào)。易于理解，其它的脈寬也是可能的。每個(gè)功率變換器還可以被構(gòu)造為當(dāng)其接收不到時(shí)間信號(hào)或者接收到具有60 μ s脈寬的時(shí)間信號(hào)時(shí)保持作為“主”功率變換器，但當(dāng)其接收到具有20μ s或4011 s脈寬的時(shí)間信號(hào)時(shí)從作為“主”功率變換器的角色切換為“從”功率變換器。如果將三個(gè)級(jí)聯(lián)的功率變換器方便地標(biāo)記為Α、Β和C，并且以A — B,B -CX-A的順序發(fā)送時(shí)間信號(hào)，則下面的示例可用來(lái)說(shuō)明它們?cè)诓煌沫h(huán)境中如何操作。時(shí)間信號(hào)可以認(rèn)為是一系列具有狀態(tài)O和狀態(tài)I的數(shù)字時(shí)間脈沖，其脈沖周期被定義為連續(xù)時(shí)間脈沖的上升沿和下降沿之間的時(shí)間，脈寬被定義為處在狀態(tài)I的時(shí)間周期。在后續(xù)示例中，總是假設(shè)N= 3。I.功率變換器A第一個(gè)上線(xiàn)，充當(dāng)陣列中的“主”功率變換器并占據(jù)第一位置。其輸出具有20 μ s的脈寬以及與其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期(該切換周期例如可以基于本地確定或者從獨(dú)立控制器發(fā)送)相等的脈沖周期的時(shí)間信號(hào)。由功率變換器A輸出的時(shí)間信號(hào)的下降沿與其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊。功率變換器B是下一個(gè)上線(xiàn)的。它從功率變換器A接收具有20 μ s脈寬的時(shí)間信號(hào)。因?yàn)樗邮諘r(shí)間信號(hào)故而充當(dāng)“從”功率變換器的角色，并且占據(jù)陣列中的第二位置。功率變換器B測(cè)量所接收時(shí)間信號(hào)的脈沖周期，設(shè)置其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期以使其匹配于所測(cè)得的脈沖周期，并且應(yīng)用與所測(cè)得脈沖周期除以3相等的時(shí)間偏移。此時(shí)間偏移用于確定功率變換器B的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期的起始。功率變換器B輸出一個(gè)時(shí)間信號(hào)，該時(shí)間信號(hào)的脈寬等于所接收時(shí)間信號(hào)的脈寬加上20 μ s (即40 μ s的脈寬)，該時(shí)間信號(hào)的脈沖周期等于其網(wǎng)橋PWM策略的切換周期。由功率變換器B輸出的時(shí)間信號(hào)的下降沿與其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊。功率變換器C是最后一個(gè)上線(xiàn)的。它從功率變換器B接收具有40 μ s的脈寬的時(shí)間信號(hào)。因?yàn)樗邮諘r(shí)間信號(hào)故而充當(dāng)“從”功率變換器的角色，并且占據(jù)陣列中的第三位置。它測(cè)量所接收時(shí)間信號(hào)的脈沖周期，設(shè)置其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期以使其匹配于所測(cè)得的脈沖周期，并且應(yīng)用與所測(cè)得脈沖周期除以3相等的時(shí)間偏移。此時(shí)間偏移用于確定功率變換器C的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期的起始。功率變換器C輸出一個(gè)時(shí)間信號(hào)，該時(shí)間信號(hào)的脈寬等于所接收時(shí)間信號(hào)的脈寬加上20 μ s (即60 μ s的脈寬)，該時(shí)間信號(hào)的脈沖周期等于其網(wǎng)橋PWM策略的切換周期。由功率變換器C輸出的時(shí)間信號(hào)的下降沿與其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊。功率變換器A從功率變換器C接收具有60 μ s脈寬的時(shí)間信號(hào)，該時(shí)間信號(hào)確認(rèn)功率變換器A作為“主”功率變換器，并且功率變換器A的操作保持不變。2.該陣列正常工作直到功率變換器A離線(xiàn)或者其時(shí)間信號(hào)被破壞。功率變換器B不再接收時(shí)間信號(hào)，充當(dāng)“主”功率變換器的角色，并且占據(jù)陣列中的第一位置。其使用網(wǎng)橋PWM策略的切換周期的本地確定，并且輸出時(shí)間信號(hào)，該時(shí)間信號(hào)具有20 μ s的脈寬并且其脈沖周期等于其網(wǎng)橋PWM策略的切換周期。由功率變換器B輸出的時(shí)間信號(hào)的下降沿與其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊。功率變換器C從功率變換器B接收具有20 μ s脈寬的時(shí)間信號(hào)。因?yàn)樗邮諘r(shí)間信號(hào)故而維持其現(xiàn)有的“從”功率變換器的角色，但是占據(jù) 陣列中的第二位置。它測(cè)量所接收時(shí)間信號(hào)的脈沖周期，設(shè)置其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期以使其匹配于所測(cè)得的脈沖周期，并且應(yīng)用與所測(cè)得脈沖周期除以3相等的時(shí)間偏移。此時(shí)間偏移用于確定功率變換器C的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期的起始。功率變換器C輸出一個(gè)時(shí)間信號(hào)，該時(shí)間信號(hào)的脈寬等于所接收時(shí)間信號(hào)的脈寬加上20 μ s(即40 μ s的脈寬)，該時(shí)間信號(hào)的脈沖周期等于其網(wǎng)橋PWM策略的切換周期。由功率變換器C輸出的時(shí)間信號(hào)的下降沿與其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊。當(dāng)功率變換器A返回上線(xiàn)，其從功率變換器C接收具有40 μ s脈寬的時(shí)間信號(hào)。因?yàn)楣β首儞Q器A接收時(shí)間信號(hào)故而充當(dāng)“從”功率變換器的角色，并且占據(jù)陣列中的第三位置。它測(cè)量所接收時(shí)間信號(hào)的脈沖周期，設(shè)置其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期以使其匹配于所測(cè)得的脈沖周期，并且應(yīng)用與所測(cè)得脈沖周期除以3相等的時(shí)間偏移。此時(shí)間偏移用于確定功率變換器A的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期的起始。功率變換器A輸出一個(gè)時(shí)間信號(hào)，該時(shí)間信號(hào)的脈寬等于所接收時(shí)間信號(hào)的脈寬加上20 μ s (即60 μ s的脈寬)，該時(shí)間信號(hào)的脈沖周期等于其網(wǎng)橋PWM策略的切換周期。由功率變換器A輸出的時(shí)間信號(hào)的下降沿與其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊。功率變換器B從功率變換器A接收具有60 μ s脈寬的時(shí)間信號(hào)，該時(shí)間信號(hào)確認(rèn)功率變換器B作為“主”功率變換器，并且功率變換器B的操作保持不變。3.功率變換器A第一個(gè)上線(xiàn)，充當(dāng)陣列中的“主”功率變換器并占據(jù)第一位置。其輸出具有20 μ s脈寬以及與其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期(該切換周期例如可以基于本地確定或者從獨(dú)立控制器發(fā)送)相等的脈沖周期的時(shí)間信號(hào)。由功率變換器A輸出的時(shí)間信號(hào)的下降沿與其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊。功率變換器C接下來(lái)上線(xiàn)，也充當(dāng)“主”功率變換器的角色并占據(jù)陣列中的第一位置。其使用網(wǎng)橋PWM策略的切換周期的本地確定，并且輸出時(shí)間信號(hào)，該時(shí)間信號(hào)具有20 μ s的脈寬并且其脈沖周期等于其網(wǎng)橋PWM策略的切換周期。由功率變換器C輸出的時(shí)間信號(hào)的下降沿與其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊?，F(xiàn)在功率變換器A從功率變換器C接收具有20 μ s脈寬的時(shí)間信號(hào)。因此它從“主”功率變換器的角色切換成“從”功率變換器的角色，并且占據(jù)陣列中的第二位置。它測(cè)量所接收時(shí)間信號(hào)的脈沖周期，設(shè)置其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期以使其匹配于所測(cè)得的脈沖周期，并且應(yīng)用與所測(cè)得脈沖周期除以3相等的時(shí)間偏移。此時(shí)間偏移用于確定功率變換器A的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期的起始。功率變換器A輸出一個(gè)時(shí)間信號(hào)，該時(shí)間信號(hào)的脈寬等于所接收時(shí)間信號(hào)的脈寬加上20 μ s (即40 μ s的脈寬)，該時(shí)間信號(hào)的脈沖周期等于其網(wǎng)橋PWM策略的切換周期。由功率變換器A輸出的時(shí)間信號(hào)的下降沿與其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊。當(dāng)功率變換器B上線(xiàn)時(shí)，它從功率變換器A接收具有40μ s的脈寬的時(shí)間信號(hào)。因?yàn)樗邮諘r(shí)間信號(hào)故而充當(dāng)“從”功率變換器的角色，并且占據(jù)陣列中的第三位置。它測(cè)量所接收時(shí)間信號(hào)的脈沖周期，設(shè)置其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期以使其匹配于所測(cè)得的脈沖周期，并且應(yīng)用與所測(cè)得脈沖周期除以3相等的時(shí)間偏移。此時(shí)間偏移用于確定功率變換器B的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期的起始。功率變換器B輸出一個(gè)時(shí)間信號(hào),該時(shí)間信號(hào)的脈寬等于所接收時(shí)間信號(hào)的脈寬加上20ys (即60 μ s的脈寬)，該時(shí)間信號(hào)的脈沖周期等于其網(wǎng)橋PWM策略的切換周期。由功率變換器B輸出的時(shí)間信號(hào)的下降沿與其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊。功率變換器C從功率變換器B接收具有60 μ s脈寬的時(shí)間信號(hào)，該時(shí)間信號(hào)確認(rèn)功率變換器C作為“主”功率變換器，并且功率變換器C的操作保持不變。因此，陣列中的功率變換器能夠以隨機(jī)的次序上線(xiàn)，并且能夠自動(dòng)地應(yīng)對(duì)其中 一個(gè)功率變換器離線(xiàn)的情形。易于理解，盡管在上述示例中總是Ν=3，N有可能隨著功率變換器離線(xiàn)和返回上線(xiàn)而變化。例如，在功率變換器A離線(xiàn)(即其中Ν=2)的情況下，功率變換器B和C可以應(yīng)用等于各自測(cè)得的脈沖周期除以二的時(shí)間偏移?！爸鳌惫β首儞Q器的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期(和時(shí)間信號(hào)的脈沖周期)可以是固定的。例如，如果網(wǎng)橋的標(biāo)稱(chēng)切換頻率為2. 5kHz，則脈沖周期可為400 μ S。因此，陣列中的所有功率變換器在其充當(dāng)“主”功率變換器角色的事件中均可獨(dú)立確定將要應(yīng)用到其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期。當(dāng)功率變換器充當(dāng)“從”功率變換器的角色時(shí)，通過(guò)測(cè)量所接收時(shí)間信號(hào)的脈沖周期來(lái)確定將要應(yīng)用到其網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期。因此，陣列(或子陣列)中全部功率變換器的PWM策略的切換周期均可優(yōu)選地被相關(guān)的“主”功率變換器唯一確定。換句話(huà)說(shuō)，盡管某些控制操作將會(huì)優(yōu)選地由全部功率變換器獨(dú)立執(zhí)行以使其可被構(gòu)造為相同的固件，但是情況可能是，當(dāng)一個(gè)功率變換器充當(dāng)“從”功率變換器的角色時(shí)，這些控制操作實(shí)際上是被壓縮的。例如，在供電網(wǎng)絡(luò)是電力網(wǎng)的情況下，每個(gè)功率變換器都可以使用如上所述英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)0617371. O的方法來(lái)獨(dú)立確定PWM策略的切換周期。然而，只有“主”功率變換器在其設(shè)置將要應(yīng)用到其網(wǎng)橋并且通過(guò)時(shí)間信號(hào)發(fā)送至“從”功率變換器的PWM策略的切換周期時(shí)才進(jìn)行確定。每個(gè)“從”功率變換器都會(huì)忽略其自身獨(dú)立的確定，并且根據(jù)測(cè)得的已接收時(shí)間信號(hào)的脈沖周期來(lái)設(shè)置將要應(yīng)用到其相關(guān)聯(lián)網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期。本發(fā)明還提供了多個(gè)功率變換器，所述多個(gè)功率變換器可用于接入供電網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)功率變換器包括一個(gè)網(wǎng)橋，該網(wǎng)橋按照具有相同切換周期的脈寬調(diào)制(PWM)策略進(jìn)行操作，所述脈寬調(diào)制策略導(dǎo)致供電網(wǎng)絡(luò)電壓中的至少一個(gè)有害諧波，每個(gè)功率變換器還包括控制器，其中各個(gè)控制器排列來(lái)為每個(gè)網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期提供相對(duì)于時(shí)間基準(zhǔn)的不同時(shí)間偏移，以使得供電網(wǎng)絡(luò)電壓中的至少一個(gè)有害諧波被至少部分地消除。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，可以將公共時(shí)間信號(hào)提供給每個(gè)功率變換器來(lái)作為時(shí)間基準(zhǔn)，并且控制器用來(lái)為每個(gè)網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期提供相對(duì)于公共時(shí)間信號(hào)的不同時(shí)間偏移，以使得供電網(wǎng)絡(luò)電壓中的至少一個(gè)有害諧波被至少部分地消除。在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，可以將具有等于第一功率變換器的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期的脈沖周期的時(shí)間信號(hào)發(fā)送至第二功率變換器來(lái)作為時(shí)間基準(zhǔn)。第二功率變換器的控制器用來(lái)測(cè)量該時(shí)間信號(hào)的脈沖周期，將第二功率變換器的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期設(shè)置為等于測(cè)量得到的該時(shí)間信號(hào)的脈沖周期，以及使得第二功率變換器的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期相對(duì)于該時(shí)間信號(hào)偏移一個(gè)時(shí)間周期，所述時(shí)間周期實(shí)質(zhì)上等于測(cè)量得到的該時(shí)間信號(hào)的脈沖周期除以連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量，這樣可以至少部分地消除供電網(wǎng)絡(luò)電壓中的至少一個(gè)有害諧波。功率變換器既可用于電動(dòng)應(yīng)用也可用于發(fā)電應(yīng)用。例如，功率變換器可以用于將發(fā)電機(jī)接入供電網(wǎng)絡(luò)或電力網(wǎng)。在這種情況下，網(wǎng)橋通常會(huì)作為有源逆變器進(jìn)行操作。功率變換器還可用于將電動(dòng)機(jī)接入供電網(wǎng)絡(luò)(交流母線(xiàn))。在這種情況下，網(wǎng)橋通常會(huì)作為有源整流器進(jìn)行操作。每個(gè)功率變換器均可作為靜態(tài)伏安無(wú)源(VAR)補(bǔ)償器進(jìn)行操作。


圖I是示出多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的功率變換器如何用于將驅(qū)動(dòng)變速發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪機(jī)接入電力網(wǎng)絡(luò)的示意圖；圖2是示出被提供給圖I中每個(gè)功率變換器的公共時(shí)間信號(hào)以及圖I中每個(gè)功率變換器的網(wǎng)橋的脈寬調(diào)制(PWM)策略的示意圖；圖3是示出圖I中每個(gè)功率變換器的網(wǎng)橋的PWM策略如何相對(duì)于圖2中的公共時(shí)間信號(hào)進(jìn)行偏移的示意圖；圖4是示出多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的功率變換器如何用于船舶推進(jìn)應(yīng)用以將變速電動(dòng)機(jī)接入交流母線(xiàn)的示意圖；圖5是示出多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的功率變換器如何用于靜態(tài)伏安無(wú)源(VAR)補(bǔ)償器(SVC)應(yīng)用的示意圖；圖6是示出圖I中的多個(gè)功率變換器的網(wǎng)橋的控制器如何以另一種排列連接在一起以形成級(jí)聯(lián)陣列的示意圖；圖7是示出處于第一操作模式下的圖6所示級(jí)聯(lián)陣列的示意圖；圖8是示出由處于第一操作模式下的圖6所示級(jí)聯(lián)陣列中的控制器發(fā)送的時(shí)間信號(hào)的示意圖；圖9是示出處于第二操作模式下的圖6所示級(jí)聯(lián)陣列的示意圖；圖10是示出處于第三操作模式下的圖6所示級(jí)聯(lián)陣列的示意圖；圖11是示出處于第四操作模式下的圖6所示級(jí)聯(lián)陣列的示意圖；圖12是三個(gè)并聯(lián)的功率變換器的rms電壓對(duì)諧波數(shù)的圖表，其中各個(gè)網(wǎng)橋的PWM策略的時(shí)間偏移為零；圖13是三個(gè)并聯(lián)的功率變換器的rms電壓對(duì)諧波數(shù)的圖表，其中各個(gè)網(wǎng)橋的PWM策略分別具有占切換周期0%、33. 3%和66. 6%的時(shí)間偏移；圖14是三個(gè)并聯(lián)的功率變換器的rms電壓對(duì)諧波數(shù)的圖表，其中各個(gè)網(wǎng)橋的PWM策略分別具有占切換周期0%、38. 5%和72. 5%的時(shí)間偏移。
具體實(shí)施例方式公共時(shí)間信號(hào)參照?qǐng)DI對(duì)使用公共時(shí)間信號(hào)的用于風(fēng)輪機(jī)應(yīng)用的功率變換器排列的基本拓?fù)溥M(jìn)行描述。在圖I的基本拓?fù)渲?三個(gè)并聯(lián)的功率變換器la、Ib和Ic用于將各自驅(qū)動(dòng)一個(gè)變速交流感應(yīng)發(fā)電機(jī)4的風(fēng)輪機(jī)2接入共用的供電網(wǎng)絡(luò)(記作HV NETWORK)。每個(gè)風(fēng)輪機(jī)通常包括三個(gè)安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的渦輪葉片(也可以是其它數(shù)目的渦輪葉片)，葉片之間的螺距可以通過(guò)螺距致動(dòng)器進(jìn)行控制以最優(yōu)化和/或限制將風(fēng)能捕獲至發(fā)電機(jī)4。變速箱8用于將旋轉(zhuǎn)軸連接至每個(gè)變速發(fā)電機(jī)4的轉(zhuǎn)子。在某些情況下，旋轉(zhuǎn)軸可以直接連接到變速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。易于理解，感應(yīng)發(fā)電機(jī)4可被包括例如永磁發(fā)電機(jī)的其它類(lèi)型的發(fā)電機(jī)代替。感應(yīng)發(fā)電機(jī)4和變速箱8的組合可以被直接驅(qū)動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)代替。 每個(gè)發(fā)電機(jī)4的交流端都連接至一個(gè)三相發(fā)電機(jī)橋10的交流端，三相發(fā)電機(jī)橋10在正常操作時(shí)用作有源整流器以對(duì)直流鏈路12供電。每個(gè)發(fā)電機(jī)橋10都具有傳統(tǒng)的三相二電平拓?fù)?，其中使用PWM策略對(duì)一系列半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行完全控制和調(diào)節(jié)。然而，實(shí)際上發(fā)電機(jī)橋10可以具有任意適當(dāng)?shù)耐負(fù)?，諸如二電平中點(diǎn)箝位拓?fù)浠蛘叨嚯娖酵負(fù)?例如 Foch-Maynard 排列)。每個(gè)發(fā)電機(jī)橋10的直流輸出電壓均饋至網(wǎng)橋14的直流端，其中網(wǎng)橋14在正常操作中用作逆變器。網(wǎng)橋14具有與發(fā)電機(jī)橋10類(lèi)似的三相二電平拓?fù)?，其中使用PWM策略對(duì)一系列半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行完全控制和調(diào)節(jié)。然而，實(shí)際上發(fā)電機(jī)橋10可以具有任意適當(dāng)?shù)耐負(fù)?，如上述?duì)發(fā)電機(jī)橋10已討論的。適當(dāng)?shù)木W(wǎng)橋14可以為ALSPA MV3000逆變器，可從 Converteam Ltd of Boughton Road, Rugby, Warwickshire, CV211BU, United Kingdom獲得。每個(gè)網(wǎng)橋14的交流輸出電壓都包含基頻的電壓分量，以及各種與基頻和PWM策略的標(biāo)稱(chēng)切換頻率之間的差頻相關(guān)的有害諧波。每個(gè)網(wǎng)橋14的交流輸出電壓均被濾波器16濾波。然后每個(gè)網(wǎng)橋14的濾波后的交流輸出電壓經(jīng)過(guò)升壓變壓器6被供給供電網(wǎng)絡(luò)?？梢园Ｗo(hù)性開(kāi)關(guān)裝置(未示出)以提供對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)的可靠連接，以及針對(duì)各種操作性和非操作性要求而將發(fā)電機(jī)和變換器系統(tǒng)同供電網(wǎng)絡(luò)隔離開(kāi)。還可在各個(gè)濾波器16和升壓變壓器6之間使用旁路濾波器(未示出)。這些旁路濾波器可以是簡(jiǎn)單的電容性濾波器或者是設(shè)計(jì)來(lái)削弱特定切換頻率諧波的已調(diào)諧濾波器。每個(gè)功率變換器包括控制器18 (實(shí)際上它可被并為網(wǎng)橋14的一部分)，控制器18控制網(wǎng)橋的PWM策略并且通過(guò)電纜從獨(dú)立的定時(shí)控制器22接收公共時(shí)間信號(hào)。公共時(shí)間信號(hào)最少由具有已知脈沖間隔的一個(gè)單脈沖組成。為了進(jìn)行后面的說(shuō)明，舉例來(lái)說(shuō)，具有50ms的最小標(biāo)記和950ms的最大標(biāo)記、周期為I秒、精度已知的單脈沖被提供給每個(gè)控制器18,其中“標(biāo)記”是指公共時(shí)間信號(hào)中處于邏輯I狀態(tài)的部分。每個(gè)網(wǎng)橋14中所使用的PWM策略的標(biāo)稱(chēng)切換頻率為2. 5kHz，這樣每個(gè)網(wǎng)橋以400μ s的相同標(biāo)稱(chēng)切換周期進(jìn)行操作。每個(gè)網(wǎng)橋14所使用的PWM策略的實(shí)際切換頻率也可以按照供電網(wǎng)絡(luò)的時(shí)變頻率而變化，以實(shí)現(xiàn)僅有時(shí)變頻率的整數(shù)倍諧波(以及優(yōu)選地僅整奇數(shù)倍諧波)。在這種情況下，提供給每個(gè)控制器18的公共時(shí)間信號(hào)可以是單脈沖，該單脈沖的周期等于根據(jù)結(jié)合到本申請(qǐng)中的英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)0617371. O的方法而得出的PWM策略的切換頻率(Fpwm)的倒數(shù)，其中每個(gè)脈沖執(zhí)行PWM策略的一個(gè)周期。這將在下文詳細(xì)描述。用于每個(gè)網(wǎng)橋14的PWM策略的切換周期常常以公共時(shí)間信號(hào)的脈沖上升沿為基準(zhǔn)。不過(guò)，用于每個(gè)網(wǎng)橋14的PWM策略的切換周期還可以以偏離公共時(shí)間信號(hào)的特定時(shí)間偏移為基準(zhǔn)，這樣PWM策略的切換周期從公共時(shí)間信號(hào)的上升沿后面的某一設(shè)定時(shí)間開(kāi)始。在這兩種情況下，公共時(shí)間信號(hào)的每個(gè)脈沖的上升沿都將作為時(shí)間基準(zhǔn)。提供給每個(gè)控制器18的公共時(shí)間信號(hào)在圖2中與網(wǎng)橋14的PWM策略的表示圖一起示意性地示出。為了清楚起見(jiàn)，易于理解，圖2中的豎直標(biāo)記代表包含一個(gè)PWM循環(huán)中的單個(gè)脈沖的封包(envelope)的起始和結(jié)束?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)募夹g(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM策略。對(duì)于具有固定周期的公共時(shí)間信號(hào)來(lái)說(shuō)，給定的控制器18對(duì)其相關(guān)聯(lián)網(wǎng)橋14的PWM策略進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂扑枰淖钌傩畔⑹枪矔r(shí)間信號(hào)的一個(gè)周期的標(biāo)稱(chēng)持續(xù)時(shí)間、PWM策略的標(biāo)稱(chēng)切換頻率和將要應(yīng)用于PWM策略的相對(duì)于公共時(shí)間信號(hào)的時(shí)間偏移。 對(duì)于圖I中三個(gè)并聯(lián)功率變換器la、lb和Ic的基本拓?fù)鋪?lái)說(shuō)，與第一功率變換器Ia相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)橋14可以以占PWM策略切換周期0%的時(shí)間偏移進(jìn)行操作。與第二功率變換器Ib相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)橋14可以以占PWM策略切換周期33. 3%的時(shí)間偏移進(jìn)行操作。與第三功率變換器Ic相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)橋14可以以占PWM策略切換周期66. 6%的時(shí)間偏移進(jìn)行操作。在PWM策略的標(biāo)稱(chēng)切換周期為400 μ s的情況下，這意味著第二功率變換器Ib和第三功率變換器Ic分別具有133 μ s和266 μ s的時(shí)間偏移。(這些133 μ s和266 μ s的時(shí)間偏移是PWM策略的標(biāo)稱(chēng)周期400 μ s的33. 3%和66. 6%的舍入結(jié)果。在本發(fā)明的特定實(shí)現(xiàn)中，當(dāng)需要將余量納入計(jì)算時(shí)才考慮它們。)如果令360°等價(jià)于400 μ s的標(biāo)稱(chēng)切換周期，則上述時(shí)間偏移分別代表第一、第二和第三功率變換器的相移0°、120°和240°。圖3示出三個(gè)網(wǎng)橋14的PWM策略如何以相對(duì)于作為時(shí)間基準(zhǔn)的公共時(shí)間信號(hào)的偏移進(jìn)行操作。更特別的，從圖3中可以看出用于第一功率變換器Ia的網(wǎng)橋14的PWM策略被定時(shí)為盡可能靠近公共時(shí)間信號(hào)的每個(gè)脈沖而開(kāi)始(即，其具有占PWM策略切換周期0%的時(shí)間偏移)。用于第二功率變換器Ib的網(wǎng)橋14的PWM策略被定時(shí)為從公共時(shí)間信號(hào)的每個(gè)脈沖之后133 μ s開(kāi)始(即，其具有占PWM策略切換周期33. 3%的時(shí)間偏移)。最后，用于第三功率變換器Ic的網(wǎng)橋14的PWM策略被定時(shí)為從公共時(shí)間信號(hào)的每個(gè)脈沖之后266 μ s開(kāi)始(即，其具有占PWM策略切換周期66. 6%的時(shí)間偏移)。易于理解，可以為任何數(shù)量的并聯(lián)功率變換器確定類(lèi)似的時(shí)間偏移。如果公共時(shí)間信號(hào)由控制器18中的一個(gè)產(chǎn)生，則獨(dú)立定時(shí)控制器22可以被省去。這個(gè)所謂的“主”控制器18 (即，與“主”功率變換器相關(guān)聯(lián)的控制器)產(chǎn)生公共時(shí)間信號(hào)并將其發(fā)送至其它“從”控制器。舉例來(lái)說(shuō)，在圖I中三個(gè)并聯(lián)功率變換器la、lb和Ic的基本拓?fù)渲?，第一功率變換器Ia的“主”控制器18可以把公共時(shí)間信號(hào)提供給第二和第三功率變換器Ib和Ic的“從”控制器。對(duì)于操作適應(yīng)性，例如在第一功率變換器Ia的控制器18離線(xiàn)以執(zhí)行業(yè)務(wù)的情況下或者在錯(cuò)誤期間，如果“主”控制器的角色還能夠由第二和第三功率變換器Ib和Ic的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)則是很有用的。于是構(gòu)造可以動(dòng)態(tài)地改變以應(yīng)付此種情形，而用余下的仍然在線(xiàn)的功率變換器可以繼續(xù)正常的操作(包括有效諧波消除)。為了對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)中的有害諧波失真提供最佳的消除，每個(gè)網(wǎng)橋14的PWM策略的時(shí)間偏移優(yōu)選地參照在任何給定時(shí)刻在線(xiàn)并連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量來(lái)確定。因此，每個(gè)控制器18都發(fā)送狀態(tài)信息來(lái)說(shuō)明與其相關(guān)聯(lián)的功率變換器是在線(xiàn)(即連接至供電網(wǎng)絡(luò)并正確操作)還是因故離線(xiàn)。關(guān)于在任何給定時(shí)刻連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量的連接信息可以周期性地、或者當(dāng)在線(xiàn)功率變換器的數(shù)量改變時(shí)被發(fā)送至全部控制器
18。如圖I所示，獨(dú)立控制器24從每個(gè)控制器18接收狀態(tài)信號(hào)，并將連接信息發(fā)送至每個(gè)控制器。盡管未示出，功率變換器la、Ib和Ic的構(gòu)造都使得狀態(tài)信息和連接信息能夠被一個(gè)控制器18 (諸如“主”控制器)接收和發(fā)送。連接信息被每個(gè)控制器18用來(lái)根據(jù)下式確定將要應(yīng)用于其相關(guān)聯(lián)網(wǎng)橋14的PWM策略的適當(dāng)時(shí)間偏移Time_0ffset=(p-1)*(100%/N)其中p是控制器的給定編號(hào)(即，第一功率變換器Ia的控制器為1，第二功率變換器Ib的控制器為2，第三功率變換器Ic的控制器為3，等等)；并且

N是由連接信息提供的任意給定時(shí)刻連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量。舉例來(lái)說(shuō)，如果由于一個(gè)先前未連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器上線(xiàn)而使得連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量從3增至4，則時(shí)間偏移將會(huì)相應(yīng)地調(diào)整。例如，用于第一功率變換器Ia的網(wǎng)橋14的PWM策略將會(huì)繼續(xù)定時(shí)為盡可能靠近公共時(shí)間信號(hào)的每個(gè)脈沖而開(kāi)始(即，其具有占PWM策略切換周期0%的時(shí)間偏移)。用于第二功率變換器Ib的網(wǎng)橋14的PWM策略被定時(shí)為從公共時(shí)間信號(hào)的每個(gè)脈沖之后100 μ s開(kāi)始(即，其具有占PWM策略切換周期25%的時(shí)間偏移)。用于第三功率變換器Ic的網(wǎng)橋14的PWM策略被定時(shí)為從公共時(shí)間信號(hào)的每個(gè)脈沖之后200 μ s開(kāi)始(即，其具有占PWM策略切換周期50%的時(shí)間偏移)。最后，用于第四功率變換器(未不出)的網(wǎng)橋14的PWM策略被定時(shí)為從公共時(shí)間信號(hào)的每個(gè)脈沖之后300μ s開(kāi)始(S卩，其具有占PWM策略切換周期75%的時(shí)間偏移)。對(duì)各個(gè)時(shí)間偏移的調(diào)整優(yōu)選地以漸進(jìn)方式進(jìn)行，這樣在改變構(gòu)造時(shí)每個(gè)網(wǎng)橋的正常PWM策略不會(huì)被過(guò)度地?cái)_亂。例如，應(yīng)用于第二功率變換器Ib的網(wǎng)橋的時(shí)間偏移可以在PWM策略的幾個(gè)切換周期的過(guò)程中從133 μ s斜降到100 μ S。任何特定功率變換器的網(wǎng)橋14都可被其相關(guān)聯(lián)的控制器18如下同步于公共時(shí)間信號(hào)。若不進(jìn)行同步，則網(wǎng)橋14的PWM策略將會(huì)以每個(gè)控制器18所單獨(dú)確定的2. 5kHz的標(biāo)稱(chēng)切換頻率(Fpwm)(即，400 μ s的標(biāo)稱(chēng)切換周期)進(jìn)行操作。切換周期被分解為200ns的特定定時(shí)分辨率。取決于網(wǎng)橋14的操作特性，也可以采用其它的標(biāo)稱(chēng)切換頻率和定時(shí)分辨率。注意，由于每個(gè)單獨(dú)的控制器18使用其自己的內(nèi)部時(shí)鐘來(lái)測(cè)量公共時(shí)間信號(hào)，并且每個(gè)控制器使用其自己的內(nèi)部時(shí)鐘來(lái)確定特定的PWM切換事件，因此控制器之間在時(shí)鐘頻率上的誤差被自動(dòng)地消除，并且諧波消除性能不受影響?？刂破?8包括一個(gè)PWM定時(shí)器，該定時(shí)器被設(shè)置為在自動(dòng)重置之前從O計(jì)數(shù)到2000 (表示標(biāo)稱(chēng)條件下的2000次200ns即400 μ S)。PWM定時(shí)器是用來(lái)?yè)?jù)之確定PWM策略的所有定時(shí)事件的定時(shí)器。當(dāng)控制器18接收到公共時(shí)間信號(hào)的脈沖時(shí)，則PWM定時(shí)器為其加上時(shí)間標(biāo)記，該值被標(biāo)記為 Actual_Pulse_Arrival_Time?？刂破?8還包括時(shí)間周期定時(shí)器，其測(cè)量公共時(shí)間信號(hào)的連續(xù)脈沖之間的時(shí)間周期(標(biāo)稱(chēng)為相隔I秒)。測(cè)量得到的時(shí)間周期值被標(biāo)記為L(zhǎng)ast_One_Second_Period。Actual_Pulse_Arrival_Time 和 Last_One_Second_Period 以相同的定時(shí)分辨率測(cè)量得到。在公共時(shí)間信號(hào)的第二個(gè)脈沖被控制器18接收到之后，接收到第二脈沖時(shí)的實(shí)際時(shí)間(由值A(chǔ)ctual_Pulse_Arrival_Time指示)與第二脈沖的期望時(shí)間(由值Intended_Pulse_Arrival_Time指示)之間的差值被確定，其結(jié)果標(biāo)記為Phase_Error。因此,對(duì)于正常操作，當(dāng)公共時(shí)間信號(hào)的每個(gè)連續(xù)脈沖在預(yù)定到達(dá)時(shí)間到達(dá)，則Phase_Error應(yīng)當(dāng)為零。下面對(duì)Intended_Pulse_Arrival_Time 的計(jì)算進(jìn)行說(shuō)明。因此，在公共時(shí)間信號(hào)的連續(xù)脈沖的下一個(gè)標(biāo)稱(chēng)I秒周期中，將要應(yīng)用于網(wǎng)橋14的PWM策略的實(shí)際切換周期計(jì)算如下Switching_Period=(Last_One_Second_Period+Phase_Error)/Fpwm
上述計(jì)算是在接收到公共時(shí)間信號(hào)的一個(gè)脈沖之后的切換周期(B卩，在此示例中每標(biāo)稱(chēng)的I秒)中執(zhí)行。為了在第一、第二和第三功率變換器la、lb和Ic的網(wǎng)橋14之間產(chǎn)生必要的相移，Intended_Pulse_Arrival_Time需要按照由下式計(jì)算的時(shí)間偏移來(lái)修改Intended_Pulse_Arrival_Time=(Time_Offset*Switching_Period)+Delay_Comp其中，Time_0ffset是O到100%范圍內(nèi)的值，在本示例中，對(duì)第一功率變換器Ia的網(wǎng)橋14為0%，對(duì)第二功率變換器Ib的網(wǎng)橋?yàn)?3. 3%，對(duì)第三功率變換器Ic的網(wǎng)橋?yàn)?6. 6% ;并且，Delay_Comp是時(shí)間調(diào)整量，控制器18的PWM策略據(jù)此提前或延遲以補(bǔ)償公共時(shí)間信號(hào)在傳輸中的延遲。在供電網(wǎng)絡(luò)具有時(shí)變頻率(Fnet)的情況下，有可能使用英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)0617371. O的方法來(lái)改變應(yīng)用于網(wǎng)橋14的PWM策略的實(shí)際切換頻率(Fpwm)，從而僅產(chǎn)生Fnet的整數(shù)倍諧波(優(yōu)選地是僅有整奇數(shù)倍諧波)。公共時(shí)間信號(hào)的周期可以被設(shè)置為等于Fpwm的倒數(shù)，其中在每個(gè)時(shí)間節(jié)拍中執(zhí)行網(wǎng)橋PWM策略的一個(gè)周期。術(shù)語(yǔ)“整數(shù)倍諧波”意在涵蓋具有準(zhǔn)確整數(shù)倍諧波值的諧波以及處在準(zhǔn)確整數(shù)倍諧波值的可接受容差內(nèi)的諧波。可接受的容差(例如通常為±5Hz的區(qū)域)?？捎晒╇娋W(wǎng)絡(luò)操作者設(shè)置或確定或者在某些標(biāo)準(zhǔn)中定義。下面給出一種用于根據(jù)普遍的Fnet來(lái)確定PWM策略每周期的脈沖數(shù)(Pulse_Number)的可能的算法,其中同時(shí)考慮到PWM策略的最大切換周期(Fpwm_nom)并使用了滯后窗。Pulse Number hi=2*ROU N D , F Pwm-ilom_ 丨
-_V 2*Fnet JPulse Number lo=2iROUND -Fpwni nom--,
—-^I-(Fnet-M-IYSTERESIS)y其中ROUND代表一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)，其將括號(hào)內(nèi)表達(dá)式的結(jié)果轉(zhuǎn)換成最接近的整數(shù)，HYSTERESIS代表Fnet在Pulse_Number的變化附近的滯后值并且為進(jìn)行后面的說(shuō)明取0.25Hz。也可以取其它的滯后值。該算法為Pulse_Number 產(chǎn)生兩個(gè)值(即 Pulse_Number_hi 和 Pulse_Number_lo),并且必須進(jìn)一步?jīng)Q定選擇哪個(gè)值來(lái)使用。如果兩個(gè)值相等則選擇此值作為Pulse_Number。如果兩個(gè)值不同，則選擇與該算法上一次迭代時(shí)所選用的Pulse_Number相等的值作為Pulse_Number。在例如Fnet為50. OHz并且Fpwm_nom為2. 5kHz時(shí)進(jìn)行該算法的第一次迭代，于是 Pulse_Number_hi 和 Pulse_Number_lo 均為 49。因此選作 Pulse_Number 的值為 49。然后根據(jù)下面的等式來(lái)確定PWM策略的實(shí)際切換頻率(Fpwm)Fpwm=Pulse_Number*Fnet如果Pulse_Number為49則Fpwm被設(shè)置為2. 450kHz。明顯的諧波在2. 250kHz、
2.350kHz、2. 550kHz和2. 650kHz產(chǎn)生(即45、47、51和53次Fnet，因?yàn)橛呻p邊沿調(diào)制后的PWM 策略產(chǎn)生的主要諧波(principal harmonics)為 Fpwm±2*Fnet 和 Fpwm±4*Fnet,其中N為小整數(shù))。盡管ROUND函數(shù)使得Pulse_Number僅以離散級(jí)變化，F(xiàn)net仍典型地以漸進(jìn)和連續(xù)的方式變化(例如一般從50Hz的標(biāo)稱(chēng)固定頻率向上或向下“漂移”)，而這意味著Fpwm也 會(huì)以連續(xù)的方式變化。于是，對(duì)于Pulse_Number保持不變的Fnet范圍,在Fpwm上存在逐漸的變化，而在Pulse_Number離散地調(diào)整時(shí)的Fnet值處出現(xiàn)階躍變化。由獨(dú)立控制器22確定PWM策略的實(shí)際切換頻率(Fpwm)，這對(duì)于僅產(chǎn)生Fnet的整數(shù)倍諧波來(lái)說(shuō)是必須的，并且公共時(shí)間信號(hào)的周期被設(shè)置為等于所確定Fpwm的倒數(shù)。然后控制器18測(cè)量公共時(shí)間信號(hào)的周期，并用它來(lái)設(shè)置在功率變換器操作期間應(yīng)用于每個(gè)網(wǎng)橋14的PWM策略的實(shí)際周期。為了進(jìn)行確定，獨(dú)立控制器22需要測(cè)量Fnet，這是經(jīng)由適當(dāng)?shù)母綦x和衰減器件(未示出)從變壓器6或者從供電網(wǎng)絡(luò)得出的。在圖I中用虛線(xiàn)26示出所述測(cè)量。任何特定功率變換器的網(wǎng)橋14都可被其相關(guān)聯(lián)的控制器18如下同步于公共時(shí)間信號(hào)。控制器18測(cè)量公共時(shí)間信號(hào)的周期，并查看它是否處在可接受的限制內(nèi)。例如，如果每個(gè)網(wǎng)橋14的最小切換周期為400 μ S，則控制器18會(huì)查看所測(cè)得的周期是否處在435 μ s和400 μ s之間。然后把將要應(yīng)用于相關(guān)聯(lián)網(wǎng)橋14的PWM測(cè)量的切換周期緩調(diào)為所測(cè)得的周期以避免不希望的階躍變化。換句話(huà)說(shuō)，PWM策略的切換周期可以在PWM策略的幾個(gè)切換周期的過(guò)程中逐漸降低到測(cè)得的周期。此外斜坡函數(shù)還充當(dāng)消除公共時(shí)間信號(hào)的噪聲脈沖的濾波器。更特別的，應(yīng)用于控制器18的斜坡函數(shù)可以如下實(shí)現(xiàn)Ramped_Period=Las t_Ramp e d_P er i o d+SIGN(Measure d_Per i o d-Las t_Ramp e d_Per i o d)該斜坡函數(shù)的下一次迭代為L(zhǎng)as t_Ramp e d_P er i o d=Ramp e d_P er i o d其中Ramped_Period是斜坡函數(shù)的輸出，代表在此次迭代中應(yīng)用于控制器18的PWM策略的周期；SIGN代表用來(lái)確定括號(hào)內(nèi)語(yǔ)句的極性的數(shù)學(xué)函數(shù)，當(dāng)括號(hào)內(nèi)的語(yǔ)句為正時(shí)結(jié)果為+ 1，當(dāng)括號(hào)內(nèi)的語(yǔ)句為負(fù)時(shí)結(jié)果為一 I;以及Measured_Period是由控制器18測(cè)量得到的公共時(shí)間信號(hào)的周期。這樣斜坡函數(shù)每個(gè)PWM策略周期對(duì)Ramped_Period進(jìn)行單個(gè)200ns的時(shí)間階躍的調(diào)整。為了在第一、第二和第三功率變換器la、lb和Ic的網(wǎng)橋14之間產(chǎn)生必要的相移，Intended_Pulse_Arrival_Time需要按照由下式計(jì)算的時(shí)間偏移來(lái)修改Intended_Pulse_Arrival_Time=(Time_Offset*Measured_Period)+Delay_Comp其中，Time_0ffset是O到100%范圍內(nèi)的值，在本示例中，對(duì)第一功率變換器Ia的網(wǎng)橋14為0%，對(duì)第二功率變換器Ib的網(wǎng)橋?yàn)?3. 3%，對(duì)第三功率變換器Ic的網(wǎng)橋?yàn)?6. 6% ;并且，Delay_Comp是時(shí)間調(diào)整量，控制器18的PWM策略據(jù)此提前或延遲以補(bǔ)償公共時(shí)間信號(hào)在傳輸中的延遲。另外
Phase_Error=Actual_Pulse_Arrival_Time-Intended_Pulse_Arrival_Time其中Phase_Error處在 Measured_Period 的 ±0. 5 倍的范圍內(nèi)；Actual_Pulse_Arrival_Time是賦給由控制器18接收到的公共時(shí)間信號(hào)的脈沖以及被如上所述PWM定時(shí)器進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記的標(biāo)記。在某次特定迭代中要被應(yīng)用于網(wǎng)橋14的PWM策略的實(shí)際周期按下式確定Applied_Period=Ramped_Period+SIGN (Phase_Error)在一種替代排列方案中，控制器18中的一個(gè)可被指定為“主”控制器來(lái)把公共時(shí)間信號(hào)提供給其余的“從”控制器。在這種情況下，由“主”控制器確定PWM策略的實(shí)際切換頻率(Fpwm)，這對(duì)于僅產(chǎn)生供電網(wǎng)絡(luò)的時(shí)變頻率(Fnet)的整數(shù)倍諧波(優(yōu)選的是僅產(chǎn)生整奇數(shù)倍諧波)來(lái)說(shuō)是必須的，并且公共時(shí)間信號(hào)的周期被設(shè)置為等于所確定Fpwm的倒數(shù)?，F(xiàn)參照?qǐng)D4對(duì)用于船舶推進(jìn)應(yīng)用的功率變換器排列的基本拓?fù)溥M(jìn)行略述。在圖4的基本拓?fù)渲?，三個(gè)并聯(lián)的功率變換器100a、IOOb和IOOc用于將變速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器102接入共用的交流母線(xiàn)(記作SHIPSUPPLY NETWORK)。一系列適當(dāng)類(lèi)型的發(fā)電機(jī)104為交流母線(xiàn)供電。每個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器102的交流端都連接至一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)橋106的交流端，其在正常操作時(shí)用作有源逆變器以從直流鏈路108提供電力。網(wǎng)橋110的直流端連接至直流鏈路108，網(wǎng)橋在正常操作中用作有源整流器以從交流母線(xiàn)向直流鏈路提供電力。網(wǎng)橋110的交流端經(jīng)濾波器112連接至交流母線(xiàn)，該交流母線(xiàn)被其它并聯(lián)的功率變換器/電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)組合共用。電動(dòng)機(jī)橋106和網(wǎng)橋110都具有傳統(tǒng)的三相二電平拓?fù)?，其中使用PWM策略對(duì)一系列半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行完全控制和調(diào)節(jié)。然而，實(shí)際上電動(dòng)機(jī)橋106和網(wǎng)橋110可以具有任意適當(dāng)?shù)耐負(fù)洌T如二電平中點(diǎn)箝位拓?fù)浠蛘叨嚯娖酵負(fù)?例如Foch-Maynard排列)。適當(dāng)?shù)木W(wǎng)橋110可以為ALSPA MV3000逆變器,可從ConverteamLtdof Boughton Road, Rugby, Warwickshire, CV21 1BU, United Kingdom 獲得。對(duì)于上述基本拓?fù)淇煽紤]到的變化包括驅(qū)動(dòng)兩個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)的單電動(dòng)機(jī)橋，或者驅(qū)動(dòng)兩個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)橋的單網(wǎng)橋。在船舶推進(jìn)應(yīng)用中，目標(biāo)是使得交流母線(xiàn)中的諧波電壓失真最小化，其中所述失真是由連接至交流母線(xiàn)的多個(gè)網(wǎng)橋110導(dǎo)致的。與每個(gè)網(wǎng)橋110相關(guān)聯(lián)的控制器114控制網(wǎng)橋的PWM策略并從獨(dú)立的定時(shí)控制器116接收公共時(shí)間信號(hào)。如果如上所述公共時(shí)間信號(hào)由控制器114中的一個(gè)產(chǎn)生，則獨(dú)立定時(shí)控制器116可以省去。通過(guò)給予每個(gè)網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期一個(gè)不同的相對(duì)于公共時(shí)間信號(hào)的時(shí)間偏移，為每個(gè)網(wǎng)橋110的PWM策略提供不同的相移。任何特定功率變換器的網(wǎng)橋110都可被其相關(guān)聯(lián)的控制器114如上同步于公共時(shí)間信號(hào)。這樣，交流母線(xiàn)中的諧波電壓失真可被至少部分地消除。在圖4所示的排列中，當(dāng)時(shí)間偏移分別占在第一、第二和第三功率變換器100a、IOOb和IOOc的網(wǎng)橋中應(yīng)用的PWM策略的切換周期的0%、33. 3%和66. 6%時(shí)，通常可獲得最優(yōu)的諧波消除效果。然而，也存在使用不同時(shí)間偏移來(lái)獲得最優(yōu)諧波消除的排列。例如，如果第一功率變換器IOOa的額定功率是第二、第三功率變換器IOOb和IOOc的兩倍，則當(dāng)時(shí)間偏移分別占在第一、第二和第三功率變換器的網(wǎng)橋中應(yīng)用的PWM策略的切換周期的0%、50%和50%時(shí)，可獲得改善的諧波消除效果。額定功率上的差別會(huì)要求電抗器112在電特性上具有差別以實(shí)現(xiàn)上述益處。本發(fā)明還可以應(yīng)用于靜態(tài)伏安(VAR)補(bǔ)償器(SVC)?，F(xiàn)參照?qǐng)D5來(lái)略述用于SVC應(yīng)用的功率變換器排列的基本拓?fù)?。在圖5的基本拓?fù)渲校齻€(gè)并聯(lián)的網(wǎng)橋200a、200b和200c的交流端經(jīng)濾波器202連接至共用的交流網(wǎng)絡(luò)(記作AC NETWORK)。網(wǎng)橋200是電壓源逆變器，其使用PWM策略來(lái) 對(duì)一系列半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行完全控制和調(diào)節(jié)。在SVC應(yīng)用中，目標(biāo)是使得網(wǎng)絡(luò)中的諧波電壓失真最小化，其中所述失真是由連接至交流網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)網(wǎng)橋200導(dǎo)致的。與每個(gè)網(wǎng)橋200相關(guān)聯(lián)的控制器204控制網(wǎng)橋的PWM策略并從獨(dú)立的定時(shí)控制器206接收公共時(shí)間信號(hào)。如果如上所述公共時(shí)間信號(hào)由控制器204中的一個(gè)產(chǎn)生，則獨(dú)立定時(shí)控制器206可以省去。通過(guò)給予每個(gè)網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期一個(gè)不同的相對(duì)于公共時(shí)間信號(hào)的時(shí)間偏移，為每個(gè)網(wǎng)橋200的PWM策略提供不同的相移。任何特定功率變換器的網(wǎng)橋200都可被其相關(guān)聯(lián)的控制器204如上同步于公共時(shí)間信號(hào)。這樣，交流網(wǎng)絡(luò)中的諧波電壓失真可被至少部分地消除。級(jí)聯(lián)陣列現(xiàn)參照?qǐng)D6至圖11對(duì)圖I所示并聯(lián)功率變換器la、lb和Ic的替換排列方式進(jìn)行說(shuō)明。該排列允許一個(gè)或多個(gè)控制器18關(guān)閉。它還允許控制器18具有相同的參數(shù)設(shè)置，以及使用相同的固件進(jìn)行操作。這避免了使得控制器中的一個(gè)被永久構(gòu)造為“主”控制器而其余控制器被永久構(gòu)造為“從”控制器的需要?？刂破?8被連接在一起以形成級(jí)聯(lián)陣列。更特別的，每個(gè)控制器18都包括一個(gè)用于從陣列中的前一個(gè)控制器接收時(shí)間信號(hào)的輸入端，還包括一個(gè)用于向陣列中的后一個(gè)控制器發(fā)送時(shí)間信號(hào)的輸出端。陣列中的最后一個(gè)控制器18向陣列中的第一個(gè)控制器發(fā)送時(shí)間信號(hào)以完成連接并形成“閉環(huán)”。圖7示意性地示出了三個(gè)控制器18a、18b和18c及其相關(guān)聯(lián)網(wǎng)橋14a、14b和14c的級(jí)聯(lián)陣列。每個(gè)控制器18的輸入和輸出端都可以是例如光纖信道，這樣時(shí)間信號(hào)作為光信號(hào)通過(guò)光纖發(fā)送。也可以使用其它用于發(fā)送時(shí)間信號(hào)的方式諸如電信號(hào)或者射頻(RF)信號(hào)。每個(gè)控制器18都具有相同的時(shí)間偏移。在圖6所示三個(gè)并聯(lián)功率變換器的示例中，每個(gè)控制器18都具有占PWM策略切換周期的33. 3%的時(shí)間偏移。通常按照陣列中控制器18的數(shù)量來(lái)確定時(shí)間偏移。例如，時(shí)間偏移可以為100%/N，其中N為陣列中控制器18
的數(shù)量。如圖6所示，獨(dú)立控制器24從每個(gè)控制器18接收狀態(tài)信號(hào)，并將連接信息(CI1、CI2和CI3)發(fā)送至每個(gè)控制器。連接信息包括任意給定時(shí)刻陣列中控制器18的數(shù)量。
每個(gè)控制器18都被安排來(lái)發(fā)送時(shí)間信號(hào),其中時(shí)間信號(hào)由一系列具有狀態(tài)O和I的數(shù)字時(shí)間脈沖組成。每個(gè)控制器18可以測(cè)量脈沖周期(S卩，連續(xù)時(shí)間脈沖的下降沿之間的時(shí)間)，并且可以使用時(shí)間脈沖的脈寬(即，狀態(tài)I持續(xù)的時(shí)間周期)來(lái)提供關(guān)于發(fā)送此時(shí)間信號(hào)的控制器在陣列中所占據(jù)的位置的信息。下面詳細(xì)說(shuō)明為每個(gè)控制器分配“主”或“從”角色的方法。在陣列中的全部三個(gè)功率變換器la、lb和Ic順次連接到供電網(wǎng)絡(luò)并且正常操作的情況下，第一功率變換器Ia的控制器18a可以是“主”控制器，而第二和第三功率變換器Ib和Ic的控制器可以是“從”控制器。在此示例中，第一功率變換器Ia的控制器18a向第二功率變換器Ib的控制器18b輸出第一時(shí)間信號(hào)SI，SI具有20 μ s的脈寬以及等于其網(wǎng)橋14a的PWM策略切換周期的脈沖周期。第一時(shí)間信號(hào)SI的下降沿與其網(wǎng)橋14a的PWM策略切換周期的起始對(duì)齊并充當(dāng)時(shí)間基準(zhǔn)，網(wǎng)橋14b和14c的PWM策略的切換周期的時(shí)間偏移將以該時(shí)間基準(zhǔn)為參考。第二功率變換器Ib的控制器18b接收具有20 μ s的脈寬的第一時(shí)間信號(hào)SI。它測(cè)量第一時(shí)間信號(hào)SI的脈沖周期，設(shè)置其網(wǎng)橋14b的PWM策略的切換周期以使其匹配于所 測(cè)得的脈沖周期，并且應(yīng)用等于測(cè)得脈沖周期的33. 3%的時(shí)間偏移。此時(shí)間偏移用于確定第二功率變換器Ib的網(wǎng)橋14b的PWM策略的切換周期的起始。例如，如圖8所示，網(wǎng)橋14b的PWM策略的切換周期(在此情況下為400 μ s)從第一時(shí)間信號(hào)SI的下降沿(即時(shí)間基準(zhǔn))偏移133 μ S。第二功率變換器Ib的控制器18b輸出第二時(shí)間信號(hào)S2, S2具有等于第一時(shí)間信號(hào)SI的脈寬加上20 μ s的脈寬(即40 μ s的脈寬)以及等于其網(wǎng)橋14b的PWM策略切換周期的脈沖周期，其中該切換周期已被設(shè)置為等于第一功率變換器Ia的網(wǎng)橋14a的PWM策略的切換周期。第二時(shí)間信號(hào)S2的下降沿與其網(wǎng)橋14b的PWM策略切換周期的起始對(duì)齊。第三功率變換器Ic的控制器18c接收具有40 μ s的脈寬的第二時(shí)間信號(hào)S2。它測(cè)量第二時(shí)間信號(hào)S2的脈沖周期，設(shè)置其網(wǎng)橋14c的PWM策略的切換周期以使其匹配于所測(cè)得的脈沖周期，并且應(yīng)用等于測(cè)得脈沖周期的33. 3%的時(shí)間偏移。此時(shí)間偏移用于確定第三功率變換器Ic的網(wǎng)橋14c的PWM策略的切換周期的起始。例如，如圖8所示，網(wǎng)橋142的PWM策略的切換周期從第二時(shí)間信號(hào)S2的下降沿偏移133 μ S。根據(jù)圖8易于理解，網(wǎng)橋14c的PWM策略的切換周期從第一時(shí)間信號(hào)SI的下降沿(即時(shí)間基準(zhǔn))偏移266 μ S。第三功率變換器Ic的控制器18c輸出第三時(shí)間信號(hào)S3，S3具有等于第二時(shí)間信號(hào)S2的脈寬加上20 μ s的脈寬(SP 60 μ s的脈寬)以及等于其網(wǎng)橋14c的PWM策略切換周期的脈沖周期，其中該切換周期已被設(shè)置為等于第一功率變換器Ib的網(wǎng)橋14b的PWM策略的切換周期，從而已被設(shè)置為等于第一功率變換器Ia的網(wǎng)橋14a的PWM策略的切換周期。第三時(shí)間信號(hào)S3的下降沿與其網(wǎng)橋14c的PWM策略切換周期的起始對(duì)齊。第一功率變換器Ia的控制器18a接收具有60 μ s的脈寬的第三時(shí)間信號(hào)S3，S3確認(rèn)控制器18a作為“主”控制器，控制器18a的操作保持不變。在此示例中由控制器發(fā)送的時(shí)間信號(hào)SI、S2和S3在圖8中示意性地示出，其中第一功率變換器Ia的控制器18a是“主”控制器，第二功率變換器Ib的控制器18b是第一“從”控制器，第三功率變換器Ic的控制器18c是第二“從“控制器。分別在第二和第三功率變換器Ib和Ic的網(wǎng)橋14b和14c中應(yīng)用的PWM策略的切換周期由第一功率變換器Ia的“主”控制器18a確定，并且通過(guò)第一和第二時(shí)間信號(hào)SI和S2發(fā)送至“從”控制器18b和18c。應(yīng)用于PWM策略的切換周期的時(shí)間偏移是疊加的，因此第一、第二和第三功率變換器的網(wǎng)橋14a、14b和14c分別按照其中切換周期偏移了所測(cè)得脈沖周期的0%、33. 3%和66. 6%的PWM策略進(jìn)行操作。根據(jù)控制器18何時(shí)上線(xiàn)來(lái)確定其為“主”控制器還是“從”控制器。陣列中第一個(gè)上線(xiàn)的功率變換器的控制器優(yōu)選地充當(dāng)“主”控制器的角色并且作為陣列中的第一控制器。任何在其功率變換器上線(xiàn)時(shí)接收到時(shí)間信號(hào)的控制器都將優(yōu)選地充當(dāng)“從”控制器的角色。任何因?yàn)槿魏卧蛭茨芙邮諘r(shí)間信號(hào)的“從”控制器(即，陣列中前方緊鄰的控制器離線(xiàn)或者時(shí)間信號(hào)被破壞)都可能充當(dāng)“主”控制器的角色。易于理解，依據(jù)功率變換器上線(xiàn)的次序，一個(gè)陣列可能在起始時(shí)具有兩個(gè)或更多個(gè)“主”控制器。如果一個(gè)或更多個(gè)功率變換器離線(xiàn)，則陣列也可能在結(jié)束時(shí)具有兩個(gè)或更多個(gè)“主”控制器。在這種情況下，該陣列實(shí)際上被分成一系列子陣列，每個(gè)子陣列都具有各自的“主”控制器，其在該子陣列中占據(jù)第一控制器的位置。當(dāng)陣列中的全部功率變換器都在線(xiàn)并且正常操作時(shí)，將只有一個(gè)“主”控制器。在陣列已實(shí)際上分成一系列子陣列的情況下，獨(dú)立控制器24向每個(gè)子陣列而不 是向整個(gè)陣列發(fā)送連接信息以?xún)?yōu)化諧波消除。例如，如果陣列由七個(gè)功率變換器組成并且第三和第七功率變換器離線(xiàn)，則此陣列實(shí)際上被分成兩個(gè)子陣列第一和第二功率變換器的第一子陣列，以及第四、第五和第六功率變換器的第二子陣列。在此情況下，獨(dú)立控制器24將從五個(gè)控制器18接收狀態(tài)信息。因此，按照最基本的排列獨(dú)立控制器24有可能發(fā)送N=5的連接信息，于是在新的控制器18會(huì)應(yīng)用20%的時(shí)間偏移。這里的問(wèn)題是子陣列之間不存在時(shí)間相關(guān)。因此獨(dú)立控制器24優(yōu)選地被配置來(lái)確定功率變換器在陣列中的位置和狀態(tài)(即，控制器24具有“映像”的能力)。在這種情況下，獨(dú)立控制器24可以在子陣列的級(jí)別上優(yōu)化諧波消除。例如，獨(dú)立控制器24可以向N=2的第一子陣列的控制器發(fā)送連接信息，并向N=3的第二子陣列的控制器發(fā)送連接信息。兩個(gè)子陣列之間仍然沒(méi)有時(shí)間相關(guān)，但是每個(gè)子陣列中的諧波消除都被優(yōu)化從而導(dǎo)致整體的改善。這對(duì)功率變換器離線(xiàn)提供了漸進(jìn)的性能降級(jí)。概括地說(shuō)，如果一個(gè)控制器18接收不到時(shí)間信號(hào)或者接收到具有Ν*20μ s脈寬的時(shí)間信號(hào)，則該控制器18優(yōu)選地保持為“主”控制器，而如果其接收到具有20 μ s或者(N-I) *20 μ s或更低脈寬的時(shí)間信號(hào)，則從“主”控制器的角色轉(zhuǎn)變成“從”控制器的角色，其中N是陣列中或子陣列中功率變換器的數(shù)量。在某些情況下，提供保護(hù)以避免錯(cuò)誤定時(shí)信號(hào)是適當(dāng)?shù)?。例如，如果所接收時(shí)間信號(hào)的脈沖周期處在預(yù)定容差或范圍(即，400 μ S彡脈沖周期彡435 μ S)之外，則控制器18可以充當(dāng)“主”控制器的角色或者令其相關(guān)聯(lián)的功率變換器離線(xiàn)。下面的示例表明圖6所示三個(gè)控制器的級(jí)聯(lián)陣列在不同的環(huán)境中如何操作。I.第一功率變換器Ia第一個(gè)上線(xiàn)，其控制器18a充當(dāng)陣列中的“主”控制器并占據(jù)第一位置。其使用第一功率變換器Ia的網(wǎng)橋14a的PWM策略切換周期的本地確定，并輸出具有20 μ s的脈寬以及與第一功率變換器Ia的網(wǎng)橋14a的P麗策略的切換周期相等的脈沖周期的第一時(shí)間信號(hào)SI。第一時(shí)間信號(hào)SI的下降沿與第一功率變換器Ia的網(wǎng)橋14a的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊。第二功率變換器Ib是下一個(gè)上線(xiàn)的，其控制器18b接收第一時(shí)間信號(hào)SI。因?yàn)樗邮諘r(shí)間信號(hào)故而充當(dāng)“從”控制器的角色，并且占據(jù)陣列中的第二位置?？刂破?8b測(cè)量第一時(shí)間信號(hào)SI的脈沖周期，設(shè)置其網(wǎng)橋14b的PWM策略的切換周期以使其匹配于所測(cè)得的脈沖周期，并且應(yīng)用與所測(cè)得的脈沖周期除以N相等的時(shí)間偏移，其中N是在任意給定時(shí)刻在線(xiàn)的功率變換器的數(shù)量并且N被獨(dú)立控制器24以連接信息的形式發(fā)送給這些控制器。(對(duì)于固定的構(gòu)造，此連接信息可被存儲(chǔ)于控制器中的參數(shù)所定義。)此時(shí)間偏移用于確定第二功率變換器Ib的網(wǎng)橋14b的PWM策略的切換周期的起始?？刂破?8b輸出第二時(shí)間信號(hào)S2,第二時(shí)間信號(hào)S2的脈寬等于第一時(shí)間信號(hào)的脈寬加上20μ s (即40μ s的脈寬)，第二時(shí)間信號(hào)S2的脈沖周期等于第二功率變換器Ib的網(wǎng)橋14b的PWM策略的切換周期。第二時(shí)間信號(hào)S2的下降沿與第二功率變換器Ib的網(wǎng)橋14b的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊。第三功率變換器Ic是最后一個(gè)上線(xiàn)的，其控制器18c接收第二時(shí)間信號(hào)S2。因?yàn)樗邮諘r(shí)間信號(hào)故而充當(dāng)“從”控制器的角色，并且占據(jù)陣列中的第三位置?？刂破?8c測(cè)量第二時(shí)間信號(hào)S2的脈沖周期，設(shè)置其網(wǎng)橋14c的PWM策略的切換周期以使其匹配于所測(cè)得的脈沖周期，并且應(yīng)用與所測(cè)得脈沖周期除以N相等的時(shí)間偏移。此時(shí)間偏移用于確定第三功率變換器Ic的網(wǎng)橋14c的PWM策略的切換周期的起 始。控制器18c輸出第三時(shí)間信號(hào)S3,該時(shí)間信號(hào)的脈寬等于第二時(shí)間信號(hào)S2的脈寬加上20 μ s (即60 μ s的脈寬)，該時(shí)間信號(hào)的脈沖周期等于第三功率變換器Ic的網(wǎng)橋14c的PWM策略的切換周期。第三時(shí)間信號(hào)S3的下降沿與第三功率變換器Ic的網(wǎng)橋14c的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊。第一功率變換器Ia的控制器18a接收具有60 μ s脈寬的第三時(shí)間信號(hào)S3，第三時(shí)間信號(hào)S3確認(rèn)第一功率變換器Ia作為“主”功率變換器，并且第一功率變換器Ia的操作保持不變。因此，陣列按如下次序構(gòu)造如圖7所示，控制器18a —控制器18b ;控制器18b —控制器18c ;控制器18c —控制器18a。2.上述示例I的陣列正常工作直到第一功率變換器Ia離線(xiàn)或者第一時(shí)間信號(hào)SI被破壞。第二功率變換器Ib的控制器18b不再接收時(shí)間信號(hào)，充當(dāng)“主”控制器的角色，并且占據(jù)陣列中的第一位置。其使用第二功率變換器Ib的網(wǎng)橋14b的PWM策略的切換周期的本地確定，并且輸出第一時(shí)間信號(hào)SI,第一時(shí)間信號(hào)SI具有20 μ s的脈寬并且其脈沖周期等于第二功率變換器Ib的網(wǎng)橋14b的PWM策略的切換周期。由控制器18b輸出的第一時(shí)間信號(hào)SI的下降沿與第二功率變換器Ib的網(wǎng)橋14b的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊。第三功率變換器Ic的控制器18c現(xiàn)在接收第一時(shí)間信號(hào)SI。因?yàn)樗邮諘r(shí)間信號(hào)故而充當(dāng)“從”功率變換器的角色，并占據(jù)陣列中的第二位置?？刂破?8c測(cè)量第一時(shí)間信號(hào)SI的脈沖周期，設(shè)置網(wǎng)橋14c的PWM策略的切換周期以使其匹配于所測(cè)得的脈沖周期，并且應(yīng)用與所測(cè)得脈沖周期除以N相等的時(shí)間偏移。此時(shí)間偏移用于確定第三功率變換器Ic的網(wǎng)橋14c的PWM策略的切換周期的起始?？刂破?8c現(xiàn)在輸出第二時(shí)間信號(hào)S2，該時(shí)間信號(hào)的脈寬等于第一時(shí)間信號(hào)SI的脈寬加上20 μ s (即40 μ s的脈寬)，該時(shí)間信號(hào)的脈沖周期等于第三功率變換器Ic的網(wǎng)橋14c的PWM策略的切換周期。第二時(shí)間信號(hào)S2的下降沿與第三功率變換器Ic的網(wǎng)橋14c的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊。當(dāng)?shù)谝还β首儞Q器Ia返回上線(xiàn)，控制器18a接收具有40 μ s脈寬的第二時(shí)間信號(hào)S2。因?yàn)榈谝还β首儞Q器Ia接收時(shí)間信號(hào)故而充當(dāng)“從”功率變換器的角色，并且占據(jù)陣列中的第三位置。它測(cè)量第二時(shí)間信號(hào)S2的脈沖周期，設(shè)置其網(wǎng)橋14a的PWM策略的切換周期以使其匹配于所測(cè)得的脈沖周期，并且應(yīng)用與所測(cè)得脈沖周期除以N相等的時(shí)間偏移。此時(shí)間偏移用于確定第一功率變換器Ia的網(wǎng)橋14a的PWM策略的切換周期的起始?？刂破?8a輸出第三時(shí)間信號(hào)S3，該時(shí)間信號(hào)的脈寬等于第二時(shí)間信號(hào)的脈寬加上20 μ s (即60 μ s的脈寬)，該時(shí)間信號(hào)的脈沖周期等于第一功率變換器Ia的網(wǎng)橋14a的PWM策略的切換周期。由控制器18a輸出的第三時(shí)間信號(hào)S3的下降沿與第一功率變換器Ia的網(wǎng)橋14a的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊。第二功率變換器Ib的控制器18b接收具有60 μ s脈寬的第三時(shí)間信號(hào)S3，該時(shí)間信號(hào)確認(rèn)第二功率變換器Ib作為“主”功率變換器，并且第二功率變換器Ib的操作保持不變。隨著第一時(shí)間信號(hào)SI的中斷，陣列重構(gòu)為如下次序如圖9所示，控制器18b —控制器18c ;控制器18c —控制器18a ;控制器18a —控制器18b。3.第一功率變換器Ia第一個(gè)上線(xiàn)，其控制器18a充當(dāng)陣列中的“主”控制器并占據(jù)第一位置。其使用第一功率變換器Ia的網(wǎng)橋14a的PWM策略切換周期的本地確定，并輸出具有20 μ s的脈寬以及與第一功率變換器Ia的網(wǎng)橋14a的PWM策略的切換周期相等的脈沖周期的第一時(shí)間信號(hào)SI。第一時(shí)間信號(hào)SI的下降沿與第一功率變換器Ia的網(wǎng)橋14a的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊。第三功率變換器Ic第二個(gè)上線(xiàn)，其控制器18c充當(dāng) “主”功率變換器的角色并占據(jù)陣列中的第一位置。其使用第三功率變換器Ic的網(wǎng)橋14c的PWM策略的切換周期的本地確定，并且輸出第一時(shí)間信號(hào)SI，該時(shí)間信號(hào)具有20 μ s的脈寬并且其脈沖周期等于第三功率變換器Ic的網(wǎng)橋14c的PWM策略的切換周期。第一時(shí)間信號(hào)SI的下降沿與第三功率變換器Ic的網(wǎng)橋14c的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊?，F(xiàn)在第一功率變換器Ia的控制器18a接收由控制器18c輸出的具有20 μ s脈寬的第一時(shí)間信號(hào)SI。因此它從“主”功率變換器的角色切換成“從”功率變換器的角色，并且占據(jù)陣列中的第二位置?？刂破?8a測(cè)量第一時(shí)間信號(hào)SI的脈沖周期，設(shè)置其網(wǎng)橋14a的PWM策略的切換周期以使其匹配于所測(cè)得的脈沖周期，并且應(yīng)用與所測(cè)得脈沖周期除以N相等的時(shí)間偏移。此時(shí)間偏移用于確定第一功率變換器Ia的網(wǎng)橋14a的PWM策略的切換周期的起始?？刂破?8a輸出第二時(shí)間信號(hào)S2,該時(shí)間信號(hào)的脈寬等于第一時(shí)間信號(hào)SI的脈寬加上20 μ s (即40 μ s的脈寬)，該時(shí)間信號(hào)的脈沖周期等于第一功率變換器Ia的網(wǎng)橋14a的PWM策略的切換周期。第二時(shí)間信號(hào)S2的下降沿與第一功率變換器Ia的網(wǎng)橋14a的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊。此時(shí)，陣列被構(gòu)造為如下次序如圖10所示，控制器18從一控制器18a ;控制器18a —控制器18b。當(dāng)?shù)诙β首儞Q器Ib上線(xiàn)時(shí)，其控制器18b接收具有40 μ s的脈寬的第二時(shí)間信號(hào)S2。因?yàn)樗邮諘r(shí)間信號(hào)故而充當(dāng)“從”控制器的角色，并且占據(jù)陣列中的第三位置?？刂破?8b測(cè)量第二時(shí)間信號(hào)S2的脈沖周期，設(shè)置其網(wǎng)橋14b的PWM策略的切換周期以使其匹配于所測(cè)得的脈沖周期，并且應(yīng)用與所測(cè)得脈沖周期除以N相等的時(shí)間偏移。此時(shí)間偏移用于確定第二功率變換器Ib的網(wǎng)橋14b的PWM策略的切換周期的起始?？刂破?8b輸出第三時(shí)間信號(hào)S3,該時(shí)間信號(hào)的脈寬等于第二時(shí)間信號(hào)S2的脈寬加上20 μ s (即60 μ s的脈寬)，該時(shí)間信號(hào)的脈沖周期等于第二功率變換器Ib的網(wǎng)橋14b的PWM策略的切換周期。第三時(shí)間信號(hào)S3的下降沿與第二功率變換器Ib的網(wǎng)橋14b的PWM策略的切換周期的起始對(duì)齊。第三功率變換器Ic的控制器18c接收具有60 μ s脈寬的第三時(shí)間信號(hào)S3，該時(shí)間信號(hào)確認(rèn)第三功率變換器Ic作為“主”功率變換器，并且第三功率變換器Ic的操作保持不變。因此，陣列按如下次序構(gòu)造如圖11所示，控制器18c —控制器18a ;控制器18a —控制器18b ;控制器18b —控制器18c。在圖6的排列中，如果它們充當(dāng)“主”變換器的角色，則陣列中的全部控制器對(duì)將要應(yīng)用于與其相關(guān)聯(lián)的功率變換器的網(wǎng)橋上的PWM策略的切換周期做出獨(dú)立的本地確定。PWM策略的切換周期可以是固定的(例如，或者基于已知持續(xù)時(shí)間的外部時(shí)間信號(hào)除以PWM策略的標(biāo)稱(chēng)切換頻率，或者是諸如400 μ s的固定數(shù)量)或者是可變的，并且使用例如英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)0617371. O的方法進(jìn)行確定。當(dāng)控制器充當(dāng)“從”控制器的角色時(shí)，通過(guò)測(cè)量所接收時(shí)間信號(hào)的脈沖周期來(lái)確定將要應(yīng)用于與其相關(guān)聯(lián)的功率變換器的網(wǎng)橋上的PWM策略的切換周期。因此應(yīng)用于與“從”控制器相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期被相關(guān)的“主”控制器單獨(dú)地確定。圖4中的網(wǎng)橋110和圖5中的網(wǎng)橋200也可以如上所述連接在一起形成級(jí)聯(lián)陣列。 諧波消除的詳述現(xiàn)對(duì)圖I所示用于風(fēng)輪機(jī)應(yīng)用的功率變換器排列所實(shí)現(xiàn)的諧波消除的效果進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。假設(shè)每個(gè)網(wǎng)橋14都按照具有2. 5kHz的標(biāo)稱(chēng)切換頻率的PWM策略進(jìn)行操作，并且供電網(wǎng)絡(luò)的頻率為50Hz，則由每個(gè)功率變換器產(chǎn)生的在690V并聯(lián)連接處(即各個(gè)降壓變壓器6和供電網(wǎng)絡(luò)之間的連接)看到的輸出電壓中的主要諧波與PWM策略的切換頻率的一次諧波相關(guān)。更特別的，由于差頻效應(yīng)而產(chǎn)生具有在2. 3kHz,2. 4kHz,2. 6kHz和2. 7kHz (即供電網(wǎng)絡(luò)標(biāo)稱(chēng)固定頻率的46、48、52和54倍)處的明顯諧波的邊帶。注意，基波電壓具有690V的rms值，因此其超出了圖12至圖14所示圖表的y軸的范圍。如果全部網(wǎng)橋14均以相同的時(shí)間偏移和圖I所示的公共時(shí)間信號(hào)進(jìn)行操作，則在690V并聯(lián)連接處看到的諧波是疊加的。這在圖12中示出。注意，諧波數(shù)48和52處的rms電壓具有約為70V rms的幅值。諧波數(shù)99和101處的rms電壓具有約為40V rms的幅值。(這些特定的邊帶與PWM策略切換頻率的二次諧波和網(wǎng)絡(luò)頻率之間的差頻效應(yīng)相關(guān)。)如果功率變換器la、Ib和Ic的網(wǎng)橋14分別以占PWM策略切換周期的O %、33. 3 %和66. 6%的時(shí)間偏移進(jìn)行操作，則由PWM策略的切換頻率的一次和二次諧波與網(wǎng)絡(luò)頻率之間的差頻效應(yīng)導(dǎo)致的諧波可被消除。這在圖13中清楚地示出。注意，第一明顯干擾出現(xiàn)在諧波數(shù)為150的區(qū)域內(nèi)，其中特定的邊帶與PWM策略切換頻率的第三諧波和網(wǎng)絡(luò)頻率之間的差頻效應(yīng)相關(guān)。另外，由PWM策略切換頻率的四次諧波和某些其它后續(xù)諧波之間的差頻效應(yīng)所導(dǎo)致的諧波也被消除。實(shí)際上，如圖13所示的本發(fā)明的理想效果可能會(huì)降低。例如，由于公共時(shí)間信號(hào)傳輸中的延遲或者同步誤差，理想的時(shí)間偏移可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。然而，即使功率變換器la、lb和Ic的網(wǎng)橋14是分別以低于理想時(shí)間偏移的0%、38. 5%和72. 5%進(jìn)行操作的，從圖14中也可看出，同圖12所示結(jié)果相比，諧波數(shù)48、52、99和101處的rms電壓具有低于IOV rms的降低的幅值。更高次的諧波電壓失真也會(huì)在供電網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生，但由于本說(shuō)明書(shū)的目的而認(rèn)為其不重要，可以通過(guò)使用響應(yīng)于這些更高次諧波電壓的旁路濾波器(未示出)來(lái)減小它們。
如果每個(gè)控制器18都應(yīng)用33. 3%的時(shí)間偏移，則圖6所示的級(jí)聯(lián)陣列也可獲得與圖13所示類(lèi)似的結(jié)果。
易于理解，分別用于圖4和圖5所示的船舶推進(jìn)應(yīng)用和靜態(tài)伏安無(wú)源(VAR)補(bǔ)償器(SVC)應(yīng)用的諧波消除也將以類(lèi)似的方式實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)多個(gè)可用于接入交流供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器進(jìn)行控制的方法，其中每個(gè)功率變換器都包括一個(gè)網(wǎng)橋，該網(wǎng)橋具有連接至所述交流供電網(wǎng)絡(luò)的交流端，該網(wǎng)橋按照由具有相同切換周期的載波波形代表的脈寬調(diào)制策略進(jìn)行操作，所述脈寬調(diào)制策略在供電網(wǎng)絡(luò)電壓中導(dǎo)致至少一個(gè)有害諧波，該方法包括如下步驟 生成公共時(shí)間信號(hào)以用作時(shí)間基準(zhǔn)； 將公共時(shí)間信號(hào)提供給每個(gè)功率變換器；以及 為每個(gè)網(wǎng)橋的脈寬調(diào)制策略的切換周期提供不同的相對(duì)于公共時(shí)間信號(hào)的時(shí)間偏移以在所述載波波形中提供不同的相移，以使得供電網(wǎng)絡(luò)電壓中的至少一個(gè)有害諧波被至少部分地消除， 其中所述公共時(shí)間信號(hào)由獨(dú)立定時(shí)控制器產(chǎn)生并發(fā)送至每個(gè)功率變換器。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括步驟將每個(gè)網(wǎng)橋的脈寬調(diào)制策略的切換周期設(shè)置為等于公共時(shí)間信號(hào)的周期。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中公共時(shí)間信號(hào)的周期是固定的。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中供電網(wǎng)絡(luò)以時(shí)變頻率進(jìn)行操作，每個(gè)網(wǎng)橋按照具有切換頻率、標(biāo)稱(chēng)切換頻率和每周期脈沖數(shù)的脈寬調(diào)制策略進(jìn)行操作，該方法包括如下步驟 按照供電網(wǎng)絡(luò)的時(shí)變頻率來(lái)改變脈寬調(diào)制策略的切換頻率，以實(shí)現(xiàn)僅有時(shí)變頻率的整數(shù)倍諧波；和 設(shè)置公共時(shí)間信號(hào)的周期以使其等于脈寬調(diào)制策略的切換頻率的倒數(shù)，以實(shí)現(xiàn)僅有時(shí)變頻率的整數(shù)倍諧波。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，如果連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量發(fā)生變化，則調(diào)整與一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)橋相關(guān)聯(lián)的時(shí)間偏移。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其中每個(gè)功率變換器都發(fā)送狀態(tài)信息以說(shuō)明其在線(xiàn)或是離線(xiàn)。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其中關(guān)于在任意給定時(shí)刻連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量的連接信息被發(fā)送至全部功率變換器。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中連續(xù)信息被周期性地發(fā)送。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中當(dāng)在線(xiàn)的功率變換器的數(shù)量發(fā)生變化時(shí)發(fā)送連接信肩、O
10.一種設(shè)備，包括 Ca)多個(gè)功率變換器，可用于接入交流供電網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)功率變換器包括 (i)一個(gè)網(wǎng)橋，該網(wǎng)橋具有連接至所述交流供電網(wǎng)絡(luò)的的交流端，該網(wǎng)橋按照由具有相同切換周期的載波波形所代表的脈寬調(diào)制策略進(jìn)行操作，所述脈寬調(diào)制策略導(dǎo)致供電網(wǎng)絡(luò)電壓中的至少一個(gè)有害諧波，以及 (ii)控制器；以及 (b)獨(dú)立定時(shí)控制器，其用于生成公共時(shí)間信號(hào)以用作時(shí)間基準(zhǔn)，以及將公共時(shí)間信號(hào)發(fā)送至每個(gè)功率變換器； 其中所述多個(gè)功率變換器的各控制器排列來(lái)為每個(gè)網(wǎng)橋的脈寬調(diào)制策略的切換周期提供相對(duì)于公共時(shí)間信號(hào)的不同時(shí)間偏移以在所述載波波形中提供不同的相移，以使得供電網(wǎng)絡(luò)電壓中的至少一個(gè)有害諧波被至少部分地消除。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中控制器被用來(lái)將每個(gè)網(wǎng)橋的脈寬調(diào)制策略的切換周期設(shè)置為等于時(shí)間信號(hào)的周期。
12.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中時(shí)間信號(hào)的周期是固定的。
13.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中供電網(wǎng)絡(luò)以時(shí)變頻率進(jìn)行操作，并且每個(gè)功率變換器的網(wǎng)橋按照具有切換頻率、標(biāo)稱(chēng)切換頻率和每周期脈沖數(shù)的脈寬調(diào)制策略進(jìn)行操作，其中控制器被用來(lái)按照供電網(wǎng)絡(luò)的時(shí)變頻率來(lái)改變脈寬調(diào)制策略的切換頻率，以實(shí)現(xiàn)僅有時(shí)變頻率的整數(shù)倍諧波，并且設(shè)置公共時(shí)間信號(hào)的周期以使其等于脈寬調(diào)制策略的切換頻率的倒數(shù)，以實(shí)現(xiàn)僅有時(shí)變頻率的整數(shù)倍諧波。
14.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中如果連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量發(fā)生變化，則調(diào)整與一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)橋相關(guān)聯(lián)的時(shí)間偏移。
15.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中每個(gè)功率變換器都發(fā)送狀態(tài)信息以說(shuō)明其在線(xiàn)或是離線(xiàn)。
16.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中關(guān)于在任意給定時(shí)刻連接至供電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的數(shù)量的連接信息被發(fā)送至全部功率變換器。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中連接信息被周期性地發(fā)送。
18.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中當(dāng)在線(xiàn)的功率變換器的數(shù)量發(fā)生變化時(shí)發(fā)送連接信息。
19.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中每個(gè)功率變換器都用于將發(fā)電機(jī)接入供電網(wǎng)絡(luò)。
20.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中每個(gè)功率變換器都用于將電動(dòng)機(jī)接入供電網(wǎng)絡(luò)(或母線(xiàn))。
21.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中每個(gè)功率變換器都作為靜態(tài)伏安無(wú)源(VAR)補(bǔ)償器進(jìn)行操作。
22.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中每個(gè)功率變換器的網(wǎng)橋都是有源逆變器。
23.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中每個(gè)功率變換器的網(wǎng)橋都是有源整流器。
全文摘要
本發(fā)明提供對(duì)多個(gè)可用于接入供電網(wǎng)絡(luò)、交流母線(xiàn)等的功率變換器1a、1b和1c進(jìn)行控制的方法。每個(gè)功率變換器都包括網(wǎng)橋14，網(wǎng)橋14按照具有相同切換周期的脈寬調(diào)制(PWM)策略進(jìn)行操作，所述脈寬調(diào)制策略在供電網(wǎng)絡(luò)電壓中導(dǎo)致至少一個(gè)有害諧波。該方法包括如下步驟，即為每個(gè)網(wǎng)橋的PWM策略的切換周期提供相對(duì)于時(shí)間基準(zhǔn)的不同的時(shí)間偏移，以使得供電網(wǎng)絡(luò)電壓中的至少一個(gè)有害諧波被至少部分地消除。文中描述了兩種提供時(shí)間偏移的可選途徑。
文檔編號(hào)H02J3/01GK102868171SQ20121027969
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2008年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月19日
發(fā)明者羅德尼·瓊斯, 羅伯特·弗農(nóng)·富爾徹, 亨里克·斯蒂斯達(dá)爾 申請(qǐng)人:科孚德機(jī)電技術(shù)有限公司