控制模塊化轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】用于控制具有多個轉(zhuǎn)換器模塊（12）的模塊化轉(zhuǎn)換器（10）的方法包括以下步驟：基于實(shí)際轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)選擇轉(zhuǎn)換器（10）的可能的未來開關(guān)序列，其中開關(guān)序列是具有至少一個轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)的一系列轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)并且轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)包括轉(zhuǎn)換器模塊的開關(guān)狀態(tài)；基于實(shí)際內(nèi)部電流和實(shí)際內(nèi)部電壓對于每個開關(guān)序列預(yù)測未來電流軌跡；從開關(guān)序列確定候選序列，其中候選序列是具有遵守關(guān)于參考電流的預(yù)定義界限的電流軌跡的開關(guān)序列，或在違反預(yù)定義界限時(shí)使所述電流移動更接近這樣的預(yù)定義界限；基于相應(yīng)候選序列的電流軌跡和實(shí)際模塊電壓對于每個候選序列預(yù)測未來模塊電壓；評估對于每個候選序列的成本函數(shù)，其中成本函數(shù)基于開關(guān)序列的轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)、未來模塊電壓和/或未來電流；以及選擇下一個轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)作為具有最小成本的候選序列的第一轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)。
【專利說明】控制模塊化轉(zhuǎn)換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于控制模塊化轉(zhuǎn)換器的方法、用于控制模塊化轉(zhuǎn)換器的控制器和模 塊化轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 電轉(zhuǎn)換器(特別地，中和高壓領(lǐng)域中的）用于將具有第一頻率和第一電壓的第一電 流轉(zhuǎn)換成具有第二頻率和第二電壓的第二電流。已知許多類型的轉(zhuǎn)換器，例如用于將AC轉(zhuǎn) 換到AC、AC轉(zhuǎn)換到DC、DC轉(zhuǎn)換到AC和DC轉(zhuǎn)換到DC。
[0003] 通常，轉(zhuǎn)換器包括用于在內(nèi)部開關(guān)電流來產(chǎn)生期望的輸出電流的高功率半導(dǎo)體。 在模塊化轉(zhuǎn)換器中，這些功率半導(dǎo)體分布在轉(zhuǎn)換器模塊之中，這些轉(zhuǎn)換器模塊還可包括另 外的部件，像對于半導(dǎo)體的控制器或用于將能量存儲在轉(zhuǎn)換器模塊中的電容器。
[0004] 例如，M2LC拓?fù)湟呀?jīng)在中和高壓應(yīng)用兩者中變得普遍。M2LC轉(zhuǎn)換器或模塊化多級 轉(zhuǎn)換器包括轉(zhuǎn)換器臂，其具有串聯(lián)連接用于產(chǎn)生多級輸出電壓的轉(zhuǎn)換器模塊。在M2LC轉(zhuǎn)換 器中，轉(zhuǎn)換器模塊自身每個包括電容器。
[0005] 對M2LC轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的標(biāo)準(zhǔn)方法是將控制問題分成兩個等級層。上層基 于利用調(diào)制器的向量控制。向量控制方案在以某一角速度旋轉(zhuǎn)的正交參考系中操作。通過 操縱對調(diào)制器的電壓參考，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流的閉環(huán)控制。典型地，基于載體的脈寬調(diào)制 (PWM)或空間向量調(diào)制（SVM)用作調(diào)制器。轉(zhuǎn)換器臂內(nèi)的循環(huán)電流和/或能量平衡可通過 添加額外的控制環(huán)而解決。
[0006] 下控制層利用轉(zhuǎn)換器狀態(tài)(例如，產(chǎn)生相同的線間電壓的開關(guān)狀態(tài)的組，和/或產(chǎn) 生相同臂電壓的開關(guān)狀態(tài)的組）中的冗余以便平衡電容器電壓。電容器電壓按它們電壓值 的升/降序分類。對于充電電流，首先選擇具有最低電壓的電容器，并且相反，對于放電電 流優(yōu)選具有最高電壓的電容器。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的是提供用于控制模塊化控制器的備選解決方案、減少模塊化轉(zhuǎn)換器 的開關(guān)損耗、平衡電容器電壓以及減少模塊化轉(zhuǎn)換器的輸入和輸出電流中的諧波。
[0008] 本發(fā)明的另外的目的是在穩(wěn)態(tài)期間以及瞬態(tài)操作條件期間提供具有良好性能的 控制方案。
[0009] 這些目的由獨(dú)立權(quán)利要求的主題實(shí)現(xiàn)。另外的示范性實(shí)施例從從屬權(quán)利要求和下 列描述顯而易見。
[0010] 本發(fā)明的方面涉及用于控制具有多個轉(zhuǎn)換器模塊的模塊化轉(zhuǎn)換器的方法。轉(zhuǎn)換器 模塊可包括多個功率半導(dǎo)體并且可選地包括電容器或更一般地能量存儲和/或能源。例 如，功率半導(dǎo)體采用模塊中的每個中的兩個功率連接器在第一開關(guān)狀態(tài)可短路并且在第二 開關(guān)狀態(tài)可連接到能量存儲和/或能源這樣的方式互連。
[0011] 方法包括以下步驟：選擇可能的未來開關(guān)序列、對于每個開關(guān)序列預(yù)測未來電流 軌跡、從開關(guān)序列確定候選序列、對于每個候選序列預(yù)測未來模塊電壓、評估對于每個候選 序列的成本函數(shù)以及基于成本函數(shù)的結(jié)果選擇下一個轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)。
[0012] 基于實(shí)際轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)選擇轉(zhuǎn)換器的可能未來開關(guān)序列，其中開關(guān)序列是具有 至少一個轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)的一系列轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)并且轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)包括轉(zhuǎn)換器模塊 的開關(guān)狀態(tài)。
[0013] 對于每個開關(guān)序列的未來電流軌跡基于模塊化轉(zhuǎn)換器的實(shí)際內(nèi)部電流以及模塊 化轉(zhuǎn)換器的實(shí)際內(nèi)部電壓來預(yù)測。電流軌跡可以是負(fù)載電流、臂電流或循環(huán)電流的軌跡。 在未來可對超過一個時(shí)間步驟預(yù)測未來電流軌跡。例如，實(shí)際內(nèi)部電流包括臂電流和/或 DC鏈路電流和/或循環(huán)電流，實(shí)際內(nèi)部電壓可包括相位電壓和/或臂電壓和/或DC鏈路電 壓。例如，基于轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部狀態(tài)-空間模型，對所有可容許開關(guān)序列預(yù)測例如負(fù)載電流、 循環(huán)電流和/或電容器電壓等關(guān)鍵系統(tǒng)變量的軌跡。
[0014] 候選序列從開關(guān)序列確定使得候選序列是具有遵守關(guān)于參考電流的預(yù)定義界限 的電流軌跡的開關(guān)序列，或在違反預(yù)定義界限時(shí)使電流軌跡移動更接近該預(yù)定義界限。例 如，負(fù)載電流可保持在圍繞它的正弦參考的對稱界限內(nèi)。電流的總諧波失真可通過改變預(yù) 定義界限的寬度而調(diào)整?？傊C波失真與界限寬度之間的關(guān)系通常有效地是線性的。
[0015] 確定使負(fù)載電流保持在它們的界限內(nèi)或使它們移動更接近界限(在違反界限時(shí)） 的開關(guān)序列并且這些開關(guān)序列叫作候選。外推或擴(kuò)展這些候選軌跡直到滿足某一標(biāo)準(zhǔn)，例 如滯后界限的違反。這時(shí)，可以考慮新的開關(guān)向量并且可以執(zhí)行另一個外推步驟，等。
[0016] 對于每個候選序列的未來模塊電壓基于相應(yīng)候選序列的電流軌跡和實(shí)際模塊電 壓來預(yù)測。例如，從預(yù)測的電流和開關(guān)狀態(tài)可計(jì)算轉(zhuǎn)換器模塊的輸出之間和/或跨轉(zhuǎn)換器 模塊的電容器的電壓。
[0017] 對每個候選序列評估成本函數(shù)。成本函數(shù)基于開關(guān)序列的轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)、未來 模塊電壓和/或未來電流。例如，成本函數(shù)的值可基于開關(guān)狀態(tài)之間的開關(guān)數(shù)量和/或由開 關(guān)序列的開關(guān)引起的開關(guān)損耗。一般，成本函數(shù)可包括預(yù)測的短期開關(guān)頻率(或開關(guān)損耗)、 電流界限的違反、電容器電壓與它們參考的偏離、臂內(nèi)電容器電壓之間的失配，等。未來電 流可以是對電流軌跡確定的內(nèi)部電流和/或可以是未來負(fù)載電流。
[0018] 下一個轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)選為具有最小成本的候選序列的第一轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)。使 成本函數(shù)最小化產(chǎn)生最佳開關(guān)向量。根據(jù)所謂的滾動時(shí)域策略，在下一個采樣時(shí)刻，可獲得 新的測量或估計(jì)并且上文描述的優(yōu)化過程可在移位時(shí)域內(nèi)重復(fù)。利用所述方法，直接操縱 開關(guān)狀態(tài)。不需要中間級，例如調(diào)制器。
[0019] 方法以在線優(yōu)化過程為特征以在不使用調(diào)制級的情況下確定未來控制輸入以直 接控制負(fù)載電流，并且提供很大的靈活性來應(yīng)對各種系統(tǒng)目的。
[0020] 方法可在僅具有單個控制環(huán)的控制器中實(shí)現(xiàn)，同時(shí)考慮的電流保持在圍繞它們參 考的上下界限內(nèi)。
[0021] 方法具有以下優(yōu)勢：在沒有調(diào)制級的情況下的直接電流控制、負(fù)載電流的固定和 控制紋波以及瞬態(tài)期間非常短的響應(yīng)時(shí)間。在穩(wěn)態(tài)，期望的權(quán)衡可由成本函數(shù)中的權(quán)重設(shè) 置。
[0022] 此外，電容器電壓可圍繞它們的標(biāo)稱電壓而平衡。在該情況下，存儲在轉(zhuǎn)換器中的 能量可被控制，轉(zhuǎn)換器模塊的電壓可同樣受到抑制，臂電流可被優(yōu)化，循環(huán)電流可減少，并 且傳導(dǎo)損耗降低。
[0023] 在穩(wěn)態(tài)操作條件和對于指定負(fù)載電流失真，可實(shí)現(xiàn)最低可能開關(guān)頻率。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，每個轉(zhuǎn)換器模塊具有確切兩個功率連接器，其在半導(dǎo)體的 第一開關(guān)狀態(tài)短路并且在半導(dǎo)體的第二開關(guān)狀態(tài)連接到能量存儲和/或能源。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，成本函數(shù)基于兩個連續(xù)轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)之間開關(guān)操作的數(shù) 量。采用這樣的方式，開關(guān)操作的數(shù)量可減少或最小化。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，成本函數(shù)基于轉(zhuǎn)換器臂(其包括串聯(lián)連接的至少兩個轉(zhuǎn)換 器模塊)的轉(zhuǎn)換器模塊的模塊電壓之間的差。采用這樣的方式，電容器電壓之間的差可最小 化。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，成本函數(shù)基于模塊電壓與轉(zhuǎn)換器輸入處的供應(yīng)電壓之間的 差。采用這樣的方式，可對相位電壓設(shè)置參考值并且圍繞參考值的紋波可減少。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例，成本函數(shù)基于模塊電壓與轉(zhuǎn)換器的供應(yīng)電壓除以每 臂的模塊數(shù)量之間的差。采用這樣的方式，可對相位電壓設(shè)置參考值并且圍繞參考值的紋 波可減少。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，成本函數(shù)基于對于相位的第一轉(zhuǎn)換器臂的模塊電壓和與對 于相同相位或不同相位的第二轉(zhuǎn)換器臂的模塊電壓和之間的差。采用這樣的方式，不同轉(zhuǎn) 換器臂的電容器電壓中的不平衡可最小化。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，成本函數(shù)基于第一相位的模塊電壓和與第二相位的模塊電 壓和之間的差。采用這樣的方式，不同轉(zhuǎn)換器相位的電容器電壓中的不平衡可最小化。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，方法進(jìn)一步包括以下步驟：取消選擇這樣的候選序列，對其 的未來模塊電壓未保持在預(yù)定義界限內(nèi)。模塊電壓也可約束在預(yù)定義界限。此外，可容許 候選序列的數(shù)量可減少，對其必須評估成本函數(shù)。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，每個轉(zhuǎn)換器模塊包括模塊電容器。特別地，模塊化多級轉(zhuǎn)換 器可包括轉(zhuǎn)換器模塊，其具有適于將能量存儲在轉(zhuǎn)換器模塊中的電容器。利用方法預(yù)測和 優(yōu)化的模塊電壓可以是模塊電容器上的電容器電壓。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，開關(guān)序列包括與轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)關(guān)聯(lián)的開關(guān)步驟，在該開 關(guān)步驟中在使轉(zhuǎn)換器切換到關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)時(shí)預(yù)測轉(zhuǎn)換器的未來電流；和/或開關(guān) 序列包括外推步驟，其中負(fù)載電流在至少一個時(shí)間步驟上外推直到它違反對于負(fù)載電流的 界限。一般，開關(guān)序列可包括多個步驟，其是開關(guān)步驟或外推步驟。
[0034] 由方法確定的開關(guān)序列的集可通過使用S ("開關(guān)"）和E ("擴(kuò)展"、"外推"）的概 念而建立，從而形成開關(guān)域。開關(guān)域可包括S和E步驟的任何組合。外推步驟可例如使用 線性或二次外推或具有二次插值的預(yù)測而近似。高階近似也是可能的。開關(guān)和擴(kuò)展的概念 實(shí)現(xiàn)長預(yù)測域，并且因此實(shí)現(xiàn)更好的穩(wěn)態(tài)性能，同時(shí)使用短開關(guān)域，從而確保計(jì)算負(fù)擔(dān)被阻 止。開關(guān)域可由元素 S和E的任意序列組成。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，未來電流軌跡基于轉(zhuǎn)換器的第一內(nèi)部模型而預(yù)測。未來模 塊電壓可基于轉(zhuǎn)換器的第二內(nèi)部模型而預(yù)測，該第二內(nèi)部模型取決于第一內(nèi)部模型。這兩 個內(nèi)部模型可以是轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)空間模型。第一模型可捕捉電流的演變，其包括負(fù)載和循 環(huán)電流，而第二模型可捕捉電容器電壓的演變。第二模型可采用它基于第一模型所預(yù)測的 值這樣的方式而取決于第一模型。例如，兩個模型可表達(dá)為矩陣等式和/或可以是線性模 型。
[0036] 第一模型可基于未來電流、實(shí)際電流、實(shí)際內(nèi)部電壓和開關(guān)狀態(tài)之間的線性等式。 [0037] 第二模型可基于未來內(nèi)部電壓、實(shí)際內(nèi)部電壓、實(shí)際電流和開關(guān)狀態(tài)之間的線性 等式。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，方法進(jìn)一步包括以下步驟：通過繞過轉(zhuǎn)換器模塊來改變轉(zhuǎn) 換器拓?fù)?；以及使第一?或第二模型適應(yīng)于改變的轉(zhuǎn)換器拓?fù)洹？蓪?shí)時(shí)監(jiān)視轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn) 換器模塊。如果模塊失效并且它的端子必須短路來繞過它，可用的轉(zhuǎn)換器模塊的數(shù)量自動 更新并且相應(yīng)地調(diào)整控制器的內(nèi)部預(yù)測模型。方法可考慮到一個或一些轉(zhuǎn)換器模塊短路并 且僅使用開關(guān)狀態(tài)/序列，其在轉(zhuǎn)換器的物理限制內(nèi)補(bǔ)償這些短路轉(zhuǎn)換器模塊。
[0039] 本發(fā)明的另外的方面涉及計(jì)算機(jī)程序，其在處理器上執(zhí)行時(shí)適于執(zhí)行如在上文中 和下面描述的方法的步驟。例如，計(jì)算機(jī)程序可在模塊化轉(zhuǎn)換器的控制器的處理器中執(zhí)行。
[0040] 本發(fā)明的另外的方面涉及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，這樣的計(jì)算機(jī)程序存儲在其中。計(jì)算 機(jī)可讀介質(zhì)可以是軟盤、硬盤、USB (通用串行總線）存儲裝置、RAM (隨機(jī)存取存儲器)、ROM (只讀存儲器)和EPROM (可擦除可編程只讀存儲器)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)還可以是數(shù)據(jù)通信網(wǎng) 絡(luò)，例如因特網(wǎng)，其允許下載程序代碼。
[0041] 本發(fā)明的另外的方面涉及用于控制模塊化轉(zhuǎn)換器的控制器，其中該控制器適于執(zhí) 行如在上文中和下面描述的方法的步驟。提出的控制器可在瞬態(tài)(例如加電或掉電或故障） 期間實(shí)現(xiàn)非?？斓碾娏黜憫?yīng)。這與聚焦在穩(wěn)態(tài)操作上并且因此在瞬態(tài)期間是非常慢的方法 形成對比。電容器電壓可保持更接近它們的參考，即可更好地平衡。與使用PWM或SVM的 方法相比，開關(guān)頻率可以減少。
[0042] 例如，控制器包括DSP和/或FPGA，在其中實(shí)現(xiàn)方法。
[0043] 本發(fā)明的另外的方面涉及具有多個轉(zhuǎn)換器模塊的模塊化轉(zhuǎn)換器，這些轉(zhuǎn)換器模塊 每個具有電容器；和適于執(zhí)行如在上文中和下面描述的方法的步驟的控制器。
[0044] 例如，模塊化轉(zhuǎn)換器是模塊化多級（M2LC)轉(zhuǎn)換器，其可具有帶串聯(lián)連接的至少兩 個轉(zhuǎn)換器模塊的至少一個轉(zhuǎn)換器臂。一般，方法可用于任何M2LC控制問題。它可在每臂 具有幾個模塊的M2LC轉(zhuǎn)換器中使用。它能適用于所有M2LC應(yīng)用，其包括變速驅(qū)動器、高 電壓直流傳輸、柔性AC傳輸系統(tǒng)、靜態(tài)同步補(bǔ)償器、對于電池能量存儲系統(tǒng)或PV模塊的電 網(wǎng)-接口、牽引應(yīng)用等?？刂品桨甘歉叨褥`活的，從而允許人們合并和解決不同的控制目的 和操作要求。
[0045] 本發(fā)明的這些和其他方面從下文描述的實(shí)施例將是明顯的并且將參考它們來解 釋。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0046] 本發(fā)明的主題將在下列正文中參考在附圖中圖示的示范性實(shí)施例更加詳細(xì)地說 明。
[0047] 圖1示意地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的模塊化轉(zhuǎn)換器。
[0048] 圖2示意地示出圖1的轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器模塊。
[0049] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例對于用于控制模塊化轉(zhuǎn)換器的方法的流程圖。
[0050] 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電流軌跡。
[0051] 圖5示意地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的控制器。
[0052] 圖6示意地示出根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例的模塊化轉(zhuǎn)換器。
[0053] 圖7示意地示出對于圖6的轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器模塊。
[0054] 圖8示意地示出根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例的模塊化轉(zhuǎn)換器。
[0055] 圖9示意地示出根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例的模塊化轉(zhuǎn)換器。
[0056] 圖10示意地示出根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例的模塊化轉(zhuǎn)換器。
[0057] 圖11示意地示出根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例的模塊化轉(zhuǎn)換器。
[0058] 圖12示意地示出根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例的模塊化轉(zhuǎn)換器。
[0059] 圖13示意地示出根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例的模塊化轉(zhuǎn)換器。
[0060] 原則上，相同的部件在圖中提供有相同的標(biāo)號。
【具體實(shí)施方式】
[0061] 對于模塊化轉(zhuǎn)換器的拓?fù)浜蛢?nèi)部模型 圖1示出每轉(zhuǎn)換器臂14具有兩個轉(zhuǎn)換器模塊12的DC-AC模塊化多級轉(zhuǎn)換器10的拓 撲。圖1的實(shí)施例示出M=3個轉(zhuǎn)換器相位16,每個包括上和下轉(zhuǎn)換器臂14。然而，必須理 解在上文中和下面描述的方法的實(shí)施例可應(yīng)用于這樣的轉(zhuǎn)換器，其每轉(zhuǎn)換器臂14具有任 意數(shù)量的轉(zhuǎn)換器模塊12并且具有任意數(shù)量的轉(zhuǎn)換器相位16。
[0062] 如果轉(zhuǎn)換器10每轉(zhuǎn)換器臂14具有N=2個轉(zhuǎn)換器模塊12和 三個轉(zhuǎn)換器相位16,轉(zhuǎn)換器具有總共6N=12個轉(zhuǎn)換器模塊。通過 MwP €私'汴分€ {1,2,3,4.}引用這些模塊。
[0063] 除兩個轉(zhuǎn)換器模塊12外，每個臂14還包括對傳導(dǎo)損耗建模的電阻器R和與轉(zhuǎn)換 器模塊12串聯(lián)連接的臂電感器L。
[0064] 轉(zhuǎn)換器相位16的兩個轉(zhuǎn)換器臂14與對于負(fù)載18的連接點(diǎn)A、B、C串聯(lián)連接，該負(fù) 載18可以是三相負(fù)載。轉(zhuǎn)換器相位16中的每個經(jīng)由連接點(diǎn)E和D而與DC電壓供應(yīng)20并 聯(lián)連接。DC電壓供應(yīng)20包括DC供應(yīng)電感器L de和電阻器Rd。，其分別對寄生電感和電阻建 模。由DC電壓供應(yīng)20的DC鏈路電壓驅(qū)動的電流稱為DC鏈路電流i dc。
[0065] 在圖1中示出的轉(zhuǎn)換器10相對于供應(yīng)接地(節(jié)點(diǎn)N)在它的輸出端子Va、V b、V。處 提供三個電壓水平，
【權(quán)利要求】
1. 一種用于控制具有多個轉(zhuǎn)換器模塊（12)的模塊化轉(zhuǎn)換器（10)的方法，每個轉(zhuǎn)換器 模塊（12)包括兩個功率連接器、功率半導(dǎo)體和能量存儲和/或能源，其中所述功率連接器 在所述半導(dǎo)體的第一開關(guān)狀態(tài)中短路并且在所述半導(dǎo)體的第二開關(guān)狀態(tài)中連接到所述能 量存儲和/或能源， 所述方法包括以下步驟： 基于實(shí)際轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)選擇所述轉(zhuǎn)換器（10)的可能的未來開關(guān)序列，其中開關(guān)序列 是具有至少一個轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)的一系列轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)并且轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)包括所述 轉(zhuǎn)換器模塊的開關(guān)狀態(tài)； 基于實(shí)際內(nèi)部電流和實(shí)際內(nèi)部電壓對于每個開關(guān)序列預(yù)測未來電流軌跡； 從所述開關(guān)序列確定候選序列，其中候選序列是具有遵守關(guān)于參考電流的預(yù)定義界限 的電流軌跡的開關(guān)序列，或在違反預(yù)定義界限時(shí)使所述電流軌跡移動更接近所述預(yù)定義界 限； 基于相應(yīng)候選序列的電流軌跡和實(shí)際模塊電壓對于每個候選序列預(yù)測未來模塊電 壓； 評估對于每個候選序列的成本函數(shù)，其中所述成本函數(shù)基于所述開關(guān)序列的轉(zhuǎn)換器開 關(guān)狀態(tài)、所述未來模塊電壓和/或未來電流； 選擇下一個轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)作為具有最小成本的候選序列的第一轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法， 其中所述成本函數(shù)基于兩個連續(xù)轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)之間的開關(guān)操作的數(shù)量。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法， 其中所述成本函數(shù)基于轉(zhuǎn)換器臂（14)的轉(zhuǎn)換器模塊（12)的模塊電壓之間的差，所述 轉(zhuǎn)換器臂（14)包括串聯(lián)連接的至少兩個轉(zhuǎn)換器模塊。
4. 如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其中所述成本函數(shù)基于模塊電壓與所述轉(zhuǎn)換器（10)的輸入處的供應(yīng)電壓之間的差。
5. 如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其中所述成本函數(shù)基于對于相位（16)的第一轉(zhuǎn)換器臂（14)的模塊電壓和與對于相同 相位（16)或不同相位（16)的第二轉(zhuǎn)換器臂（14)的模塊電壓和之間的差。
6. 如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其中所述成本函數(shù)基于第一相位的模塊電壓和與第二相位的模塊電壓和之間的差。
7. 如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟： 取消選擇這樣的候選序列，對其的未來模塊電壓未保持在預(yù)定義界限內(nèi)。
8. 如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其中每個轉(zhuǎn)換器模塊（12 )包括模塊電容器；和/或 其中所述模塊電壓是模塊電容器上的電容器電壓。
9. 如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其中開關(guān)序列包括與轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)關(guān)聯(lián)的開關(guān)步驟，在所述開關(guān)步驟中預(yù)測所述轉(zhuǎn) 換器的未來電流用于使所述轉(zhuǎn)換器切換到關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)換器開關(guān)狀態(tài)；和/或 其中開關(guān)序列包括外推步驟，其中電流在至少一個時(shí)間步驟上外推直到它違反對于所 述電流的界限。
10. 如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其中所述未來電流軌跡基于所述轉(zhuǎn)換器的第一內(nèi)部模型而預(yù)測，和/或 其中所述未來模塊電壓基于所述轉(zhuǎn)換器的第二內(nèi)部模型而預(yù)測，所述第二內(nèi)部模型取 決于所述第一內(nèi)部模型。
11. 如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟： 通過繞過轉(zhuǎn)換器模塊（12)來改變所述轉(zhuǎn)換器拓?fù)洌? 使所述第一和/或所述第二模型適應(yīng)于改變的轉(zhuǎn)換器拓?fù)洹?br>
12. -種計(jì)算機(jī)程序，其在處理器上執(zhí)行時(shí)適于執(zhí)行權(quán)利要求1至11中的一項(xiàng)所述的 方法的步驟。
13. -種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中存儲如權(quán)利要求12所述的計(jì)算機(jī)程序。
14. 一種用于控制模塊化轉(zhuǎn)換器（10)的控制器（40)，其中所述控制器適于執(zhí)行權(quán)利 要求1至11中的一項(xiàng)所述的方法的步驟。
15. -種模塊化轉(zhuǎn)換器（10)，包括： 多個轉(zhuǎn)換器模塊（12)，每個具有電容器；以及 如權(quán)利要求14所述的控制器（40)。
【文檔編號】H02M7/797GK104396136SQ201380036147
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月6日
【發(fā)明者】B.辛格里亞, T.格耶 申請人:Abb 技術(shù)有限公司