Преобразовательный узел с параллельно включенными многоступенчатыми полупроводниковыми преобразователями, а также способ управления им

Изобретение относится к области электротехники и может быть использован многоступенчатыми полупроводниковыми преобразователями. Техническим результатом является уменьшение доли верхних гармоник выходного переменного напряжения. Осуществляется способ управления несколькими включенными параллельно своими контактными выводами (21) переменного напряжения многоступенчатыми полупроводниковыми преобразователями (2), содержащими каждый последовательную схему из двухполюсных подмодулей. При этом каждый из подмодулей содержит по меньшей мере два управляемых электронных переключателя и накопитель энергии, при этом управляемые электронные переключатели включены последовательно с образованием последовательной схемы. Последовательная схема расположена параллельно накопителю энергии. В способе на соответствующем контактном выводе (21) переменного напряжения многоступенчатых полупроводниковых преобразователей (2) создается ступенчатое изменение напряжения. При этом изменение напряжения второго многоступенчатого полупроводникового преобразователя смещается во времени относительно изменения напряжения первого многоступенчатого полупроводникового преобразователя. Преобразовательный узел (1) содержит средства для задержки во времени изменения переменного напряжения по меньшей мере одного многоступенчатого полупроводникового преобразователя (2) относительно изменения переменного напряжения другого многоступенчатого полупроводникового преобразователя (2). 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к преобразовательному узлу, содержащему несколько многоступенчатых полупроводниковых преобразователей, содержащими каждый последовательную схему из двухполюсных подмодулей, при этом каждый многоступенчатый полупроводниковый преобразователь имеет контактный вывод переменного напряжения, на котором предусмотрена возможность создания ступенчатого изменения напряжения, и многоступенчатые полупроводниковые преобразователи включены параллельно своими контактными выводами переменного напряжения.

Кроме того, изобретение относится к способу управления преобразовательным узлом.

В DE 10103031 В4 раскрыт модульный многоступенчатый полупроводниковый преобразователь указанного в начале вида, при этом многоступенчатый полупроводниковый преобразователь через свои контактные выводы переменного напряжения соединен с тремя фазами сети переменного тока. С каждым из трех контактных выводов переменного напряжения многоступенчатого полупроводникового преобразователя согласованы две ветви включенных последовательно двухполюсных подмодулей. Каждый подмодуль содержит управляемые электронные переключатели, а также накопитель энергии. Управляемые электронные переключатели включены последовательно с образованием последовательной схемы, при этом последовательная схема включена параллельно накопителю энергии. За счет подходящего управления подмодулями, многоступенчатый полупроводниковый преобразователь может создавать ступенчатое периодическое переменное напряжение с заданной частотой и амплитудой. Количество N включенных последовательно подмодулей задает одновременно количество N создаваемых (положительных, соответственно, отрицательных) ступеней напряжения на выходе переменного напряжения соответствующего многоступенчатого полупроводникового преобразователя. Недостатком применения таких многоступенчатых полупроводниковых преобразователей являются всегда возникающие за счет ступенчатой формы создаваемого выходного переменного напряжения верхние гармоники (обратное воздействие на сеть). Верхние гармоники могут в отдельных случаях приводить к резонансам в сети и тем самым к увеличениям тока и/или напряжения, что может приносить вред потребителям.

Для некоторых применений, например, в установках для передачи постоянного тока высокого напряжения или в устройствах для компенсации реактивной мощности, предпочтительно использовать параллельно несколько таких многоступенчатых полупроводниковых преобразователей, при этом параллельно включенные многоступенчатые полупроводниковые преобразователи подключены к многофазной сборной шине.

Поэтому давно существует большая потребность в преобразовательных узлах с параллельно работающими многоступенчатыми полупроводниковыми преобразователями, а также в способе управления ими, в которых может быть уменьшена доля верхних гармоник в выходном переменном напряжении.

Известно, что в служащем в качестве источника напряжения полупроводниковом преобразователе (VSC) с демпфирующим диодом (Diode-Clamped Voltage Source Converter), в VSC с бегущей емкостью (Flying-Capacitor VSC), в каскадном мостиковом VSC (Cascaded H-Bridge VSC) или в модульном многоступенчатом полупроводниковом преобразователе (MMC) можно уменьшать долю верхних гармоник за счет увеличения частоты переключения. Однако это приводит к дополнительным электрическим потерям, которые приводят к удорожанию работы многоступенчатого полупроводникового преобразователя.

Другой способ уменьшения верхних гармоник состоит в использовании пассивных фильтров. Однако для них требуется дополнительное место для установки, что приводит к увеличению общей поверхности установки преобразовательного узла. Дополнительно к этому, пассивные фильтры вызывают тепловые потери. Кроме того, эффективность фильтров зависит от условий сети, которые могут изменяться со временем, не полностью известны и/или зависят от эффектов старения конструктивных элементов.

В статье J. Salmon, A.M. Knight, J. Evanchuk “Single-Phase Multilevel PWM Inverter Topologies Using Coupled Inductors”; IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 24, май 2009, приведено описание специальных соединительных индуктивностей.

В DE 4232356 А1 приведено описания управления параллельной схемой полупроводниковых преобразователей, в которой выбранная верхняя гармоника подавляется посредством сдвига фазы напряжения одного полупроводникового преобразователя относительно напряжения другого полупроводникового преобразователя на половину длительности периода верхней гармоники. Однако в DE 4232356 А1 не рассматривается управление многоступенчатым полупроводниковым преобразователем указанного в начале типа для подавления всей доли верхних гармоник.

Поэтому задачей данного изобретения является создание способа управления преобразовательным узлом с несколькими многоступенчатыми полупроводниковыми преобразователями, в котором уменьшается доля верхних гармоник выходного переменного напряжения.

Задача решена тем, что изменение напряжения на контактном выводе переменного напряжения второго многоступенчатого полупроводникового преобразователя смещается во времени относительно изменения напряжения на контактном выводе переменного напряжения первого многоступенчатого полупроводникового преобразователя.

Кроме того, задачей данного изобретения является создание преобразовательного узла указанного вида, который обеспечивает возможность управления многоступенчатыми полупроводниковыми преобразователями, в котором обеспечивается возможность уменьшения доли верхних гармоник выходного переменного напряжения преобразовательного узла.

Задача решена тем, что преобразовательный узел содержит средства для задержки во времени изменения переменного напряжения по меньшей мере одного многоступенчатого полупроводникового преобразователя относительно изменения переменного напряжения другого многоступенчатого полупроводникового преобразователя.

Смещение во времени изменений напряжения приводит в способе, согласно изобретению, к тому, что верхние гармоники, которые возникают вследствие ступенчатой формы создаваемого с помощью многоступенчатых полупроводниковых преобразователей переменного напряжения, накладываются друг на друга так, что они по меньшей мере частично гасятся.

При подходящих условиях может достигаться демпфирование верхних гармоник на коэффициент 1/М, где М является количеством включенных параллельно многоступенчатых полупроводниковых преобразователей. Сильно ослабленные таким образом верхние гармоники имеют в М раз большую частоту, чем частота отдельного управляемого многоступенчатого полупроводникового преобразователя и обычно больше не оказывают мешающего воздействия на сеть.

Предпочтительно, дополнительно к этому частота переключения многоступенчатых полупроводниковых преобразователей, которая соответствует обратной величине длительности периода тактового сигнала, может быть уменьшена так, что возникающие верхние гармоники лежат ниже заданного порогового значения. За счет этого уменьшаются рабочие потери отдельных многоступенчатых полупроводниковых преобразователей.

Способ, согласно изобретению, пригоден для использования как в установках для передачи постоянного тока высокого напряжения, так и в устройствах для компенсации реактивной мощности в сетях переменного напряжения.

Предпочтительно, предусмотренный для этого центральный управляющий блок направляет сигналы управления в многоступенчатые полупроводниковые преобразователи. При этом центральный управляющий блок направляет в первый многоступенчатый полупроводниковый преобразователь управляющий сигнал без задержки, а во второй многоступенчатый полупроводниковый преобразователь - с задержкой на разностное время.

Согласно одному предпочтительному варианту выполнения изобретения, разностное время задается в зависимости от количества N создаваемых ступеней напряжения, а также от интервала времени ТА между двумя следующими друг за другом управляющими сигналами.

Особенно предпочтительно, разностное время выбирается пропорционально ТА и обратно пропорционально N. Например, разностное время может определяться по формуле t = c·TA/N, при этом t означает разностное время и с - постоянную величину, которая может лежать в диапазоне значений между 0 и 2, предпочтительно между 0,2 и 0,8.

Согласно другому варианту выполнения изобретения, центральный управляющий блок задает как управляющий такт, так и подлежащее установке напряжение каждому из многоступенчатых полупроводниковых преобразователей. Заданное напряжение преобразователя можно преобразовывать, например, с помощью сдвинутой по фазе широтно-импульсной модуляции, в соответствующее управление многоступенчатыми полупроводниковыми преобразователями. Заданный такт управления может иметь вид периодического несущего сигнала. Широтно-импульсная модуляция для управления отдельными подмодулями многоступенчатых полупроводниковых преобразователей содержит в этом случае подходящий сдвиг несущего сигнала на заданный фазовый угол.

Однако для управления многоступенчатыми полупроводниковыми преобразователями можно применять также другие подходящие способы, такие как, например, указанные в WO 2008/086760 А1.

Если преобразовательный узел содержит более двух многоступенчатых полупроводниковых преобразователей, то предпочтительно все многоступенчатые полупроводниковые преобразователи, за исключением первого многоступенчатого полупроводникового преобразователя, управляются с задержкой. Если управляющий сигнал для второго многоступенчатого полупроводникового преобразователя задерживается на разностное время, то, например, управляющий сигнал для третьего многоступенчатого полупроводникового преобразователя задерживается на двойное разностное время, для четвертого многоступенчатого полупроводникового преобразователя - на тройное разностное время и т.д.

Согласно изобретению, преобразовательный узел содержит средства для задержки во времени ступенчатого изменения переменного напряжения по меньшей мере одного многоступенчатого полупроводникового преобразователя относительно изменения переменного напряжения другого многоступенчатого полупроводникового преобразователя.

Предпочтительно, многоступенчатые полупроводниковые преобразователи содержат каждый управляющий блок, который, например, выполнен в виде модуля системы управления (MMS). Преобразовательный узел предпочтительно имеет дополнительно центральный управляющий блок для обеспечения управляющих сигналов для управляющих блоков. Центральный управляющий блок снабжен одним или несколькими звеньями задержки, так что с помощью звеньев задержки обеспечивается возможность задержки во времени управляющих сигналов.

Если с помощью центрального управляющего блока задается подлежащее преобразованию напряжение, то предпочтительно каждый управляющий блок предназначен для преобразования заданного напряжения на клеммах преобразователя посредством управления многоступенчатыми полупроводниковыми преобразователями.

Целесообразно, многоступенчатые полупроводниковые преобразователи соединены через соединительную индуктивность со сборной шиной. Соединительная индуктивность может быть выполнена в виде дросселя для уменьшения высокочастотных токов.

Согласно одному варианту выполнения изобретения, сборная шина соединена с сетью переменного напряжения. Предпочтительно, сеть переменного напряжения является трехфазной сетью. При этом каждый многоступенчатый полупроводниковый преобразователь соединен с тремя сборными шинами, причем каждая сборная шина соответствует одной фазе сети.

Предпочтительно, двухполюсные подмодули выполнены в виде полумостовых схем или полностью мостовых схем.

Ниже приводится более подробное пояснение изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:

фиг. 1 - блок-схема преобразовательного узла, согласно изобретению;

фиг. 2 - блок-схема задержки во времени управляющих сигналов, согласно изобретению;

фиг. 3 и 4 - примеры выполнения многоступенчатых полупроводниковых преобразователей преобразовательного узла, согласно изобретению;

фиг. 5 и 6 - пример выполнения подмодуля;

фиг. 7 - пример моделирования преобразовательного узла, согласно изобретению;

фиг. 8 - участок регулирования при моделировании, согласно фиг. 5;

фиг. 9 - система управления многоступенчатым полупроводниковым преобразователем при моделировании, согласно фиг. 5 и 6.

На фиг. 1 показана принципиальная схема примера выполнения преобразовательного узла 1, согласно изобретению. Показанный преобразовательный узел 1 содержит несколько включенных параллельно многоступенчатых полупроводниковых преобразователей 2. Каждый из многоступенчатых полупроводниковых преобразователей 2 имеет контактный вывод 21 переменного напряжения. Многоступенчатые полупроводниковые преобразователи 2 соединены своим контактным выводом 21 переменного напряжения и через соединительную индуктивность 4 со сборной шиной 5. Сборная шина 5 в свою очередь соединена с сетью 6 переменного напряжения, например, с одной фазой трехфазной сети.

Каждый из многоступенчатых полупроводниковых преобразователей 2 содержит управляющий блок 22, который предусмотрен для преобразования задания постоянного напряжения центрального управляющего блока 3 в управление многоступенчатыми полупроводниковыми преобразователями. Центральный управляющий блок 3 имеет средства 31 для создания задания напряжения, а также блок 32 для создания управляющего сигнала.

Каждый из многоступенчатых полупроводниковых преобразователей 2 получает от центрального управляющего блока 3 задание номинального значения тока, а также управляющий сигнал, который выполнен в виде периодического тактового несущего сигнала. При этом управляющий сигнал первого многоступенчатого полупроводникового преобразователя не задерживается, а управляющий сигнал другого многоступенчатого полупроводникового преобразователя сдвинут во времени относительно не задержанного управляющего сигнала. Предпочтительно, управляющие сигналы всех многоступенчатых полупроводниковых преобразователей, за исключением первого многоступенчатого полупроводникового преобразователя, задерживаются на разностное время, при этом все значения разностного времени являются различными.

С помощью управляющих блоков 22 соответствующий управляющий сигнал и задание номинального значения тока преобразуются в управление полупроводниковыми переключателями 71 (см. фиг. 5, 6) многоступенчатых полупроводниковых преобразователей 2. За счет задержки управляющих сигналов смещаются во времени относительно друг друга получающиеся изменения переменного напряжения на контактных выводах 21 многоступенчатых полупроводниковых преобразователей 2.

Если многоступенчатый преобразовательный узел используется в качестве части установки для передачи тока высокого напряжения, то каждый многоступенчатый полупроводниковый преобразователь 2 имеет контактные выводы 23 постоянного напряжения для соединения, соответственно, с отрицательным и положительным полюсом напряжения, соответственно, с контактом заземления.

Многоступенчатые полупроводниковые преобразователи 2 могут быть предпочтительно выполнены в виде модульных многоступенчатых полупроводниковых преобразователей (ММС) (см. фиг. 3, 4).

Ниже поясняется смещение во времени управляющих сигналов на основе примера выполнения со ссылками на фиг. 2.

Блок 32 для генерирования управляющего сигнала (см. фиг. 1) содержит тактовый генератор 321. Генерируемый тактовым генератором 321 управляющий сигнал направляется без задержки в управляющий блок 22А первого многоступенчатого полупроводникового преобразователя. Одновременно не задержанный управляющий сигнал направляется в первое звено 33А задержки, с помощью которого управляющий сигнал задерживается во времени. Таким образом, управляющий блок 22В получает задержанный с помощью звена 33А задержки задержанный управляющий сигнал. Кроме того, задержанный с помощью звена 33А задержки задержанный управляющий сигнал направляется дальше в звено 33В задержки. Наконец, управляющий блок 22С получает в целом задержанный дважды с помощью обоих звеньев 33А и 33В задержки управляющий сигнал.

Выполнение многоступенчатых полупроводниковых преобразователей 2 в соответствии с двумя вариантами выполнения схематично показано на фиг. 3 и 4. Эти известные из уровня техники многоступенчатые полупроводниковые преобразователи могут предпочтительно применяться в преобразовательном узле 1, согласно изобретению. Однако изобретение не ограничивается исключительно использованием лишь показанных многоступенчатых полупроводниковых преобразователей.

Многоступенчатый полупроводниковый преобразователь 2 на фиг. 3 содержит три контактных вывода L1, L2, L3 переменного напряжения. С помощью контактных выводов L1, L2, L3 переменного напряжения многоступенчатый полупроводниковый преобразователь 2 соединен с сетью трехфазного тока (не изображена). Показанный на фиг. 3 многоступенчатый полупроводниковый преобразователь можно использовать в качестве выпрямителя или в качестве инвертора. Кроме того, многоступенчатый полупроводниковый преобразователь 2 содержит шесть ветвей Z, которые имеют каждая последовательную схему из N конструктивно одинаковых двухполюсных подмодулей 7, а также индуктивность 24. Каждая из ветвей Z соединена либо с положительной сборной шиной SP, либо с отрицательной сборной шиной SN. Разница потенциалов между обеими клеммами 73 каждого двухполюсного подмодуля 7 называется клеммным напряжением подмодуля. Каждый подмодуль может принимать первое состояние переключения, в котором клеммное напряжение подмодуля равно нулю; и может принимать второе состояние переключения, в котором клеммное напряжение подмодуля имеет отличное от нуля значение. В соответствии с этим, за счет подходящего управления подмодулями 7 многоступенчатого полупроводникового преобразователя 2 можно переключать k включенных последовательно между положительной сборной шиной SP и отрицательной сборной шиной SN подмодулей 7 во второе состояние переключения; остальные N-k подмодулей переключаются в первое состояние переключения. За счет этого между сборными шинами SP и SN создается разница потенциалов U_PN, которая соответствует количеству k подмодулей 7, которые находятся во втором состоянии переключения. Если, например, накопители энергии подмодулей предварительно заряжаются до единого напряжения U_C, то для разницы потенциалов справедливо U_PN = k U_C. Потенциал на контактном выводе L1, который определяется, например, как разница потенциалов относительно сборной шины SN, в этом случае пропорциональна количеству лежащих в ветви между L1 и SN подсистем, которые находятся во втором состоянии переключения. Таким образом, количество максимально создаваемых (положительных, соответственно, отрицательных) ступеней напряжения между L1 и SN (соответственно, SP), равно количеству N включенных последовательно подмодулей 7 в соответствующей ветви Z. То же справедливо для контактных выводов L2 и L3.

На фиг. 4 показан другой вариант выполнения многоступенчатого полупроводникового преобразователя 2. Показанный на фиг. 4 многоступенчатый полупроводниковый преобразователь 2 имеет три ветви Z включенных последовательно подмодулей 7. При этом три контактных вывода L1, L2, L3 переменного напряжения соединены друг с другом по схеме треугольника с помощью трех ветвей Z. Многоступенчатый полупроводниковый преобразователь 2 на фиг. 4 предпочтительно используется для компенсации реактивной мощности трехфазной сети переменного тока.

Ниже приводится описание двух вариантов выполнения подмодулей 7 преобразовательного узла, согласно изобретению, на основании фиг. 5 и 6.

Подмодуль 7 на фиг. 5 реализован в виде полумостовой схемы и имеет две клеммы 73, два управляемых электронных переключателя 711, 712, а также накопитель 72 энергии.

Оба управляемых электронных переключателя 711, 712 включены последовательно с образованием последовательной схемы. При этом последовательная схема электронных переключателей 711, 712 включена параллельно накопителю 72 энергии. Управляемые электронные переключатели 711, 712 реализованы с помощью полупроводниковых приборов, таких как IGBT или MOS-FET. Антипараллельно каждому управляемому электронному переключателю 711, 712 включен диод 74. Антипараллельные диоды 74 могут быть дискретными конструктивными элементами или могут быть интегрированы в полупроводниковую структуру управляемых электронных переключателей 711, 712. Накопитель 72 энергии реализован в виде накопительного конденсатора или конденсаторной батареи из нескольких накопительных конденсаторов.

Первое состояние переключения подмодуля 7 характеризуется тем, что электронный переключатель 712 включен, в то время как электронный переключатель 711 выключен. Если включен электронный переключатель 711, в то время как электронный переключатель 712 выключен, то подмодуль 7 находится во втором состоянии переключения, в котором на клеммах 72 подмодуля падает по существу напряжение накопителя 72 энергии. Если оба электронных переключателя 711, 712 выключены, то обеспечивается, что в случае внешней неисправности (например, при коротком замыкании клемм) не отдается энергия.

В показанном на фиг. 6 примере выполнения двухполюсный подмодуль 7 реализован с двумя клеммами 73 в виде полного моста. Подмодуль 7 на фиг. 6 содержит две последовательные схемы электронных переключателей 71, с которыми согласованы соответствующие антипараллельные диоды 74. Параллельно обеим последовательным схемам включен накопитель 72 энергии в виде накопительного конденсатора или конденсаторной батареи. Аналогично фиг. 5, также в полном мосте, согласно фиг. 6, предусмотрено создание первого и второго состояния переключения подмодуля 7 посредством включения, соответственно, выключения электронных переключателей 74. Дополнительно к этому, подмодуль 7 в виде полного моста может создавать также отрицательное состояние переключения.

Естественно, что за счет фиг. 3-6 не исключается, что многоступенчатые полупроводниковые преобразователи 2, а также подмодули 7 содержат другие конструктивные элементы, такие как, например, не изображенные на фигурах измерительные устройства.

На фиг. 7 показана испытательная схема для моделирования способа, согласно изобретению, управления преобразовательным узлом 1. В этом примере выполнения преобразовательный узел 1 содержит три многоступенчатых полупроводниковых преобразователя 2А, 2В, 2С. Многоступенчатые полупроводниковые преобразователи 2А, 2В, 2С включены параллельно через свои контактные выводы 21 переменного напряжения.

Задание 31 номинального значения тока направляется через разветвитель в узловой точке К к включенным параллельно многоступенчатым полупроводниковым преобразователям 2А, 2В, 2С. В соответствии с заданием номинального значения тока, на каждом из контактных выводов 21 переменного напряжения создается ступенчатое изменение напряжения, при этом изменения напряжения смещены относительно друг друга во времени. Затем три изменения напряжения суммируются в суммирующем звене 8 и сравниваются с отдельными изменениями напряжения, при этом сравнение отображается в индикаторном средстве. За счет измерения и графического отображения изменений напряжения можно отображать уменьшенную в результате способа долю верхних гармоник в изменении напряжения и, возможно, получать в отдельном случае количественную оценку.

На фиг. 8 показана блок-схема регулировочного участка между узловой точкой К и контактным выводом 21 переменного напряжения (см. фиг. 7) многоступенчатого полупроводникового преобразователя 2А, 2В, 2С. Эта схема справедлива, соответственно, для остальных многоступенчатых полупроводниковых преобразователей.

На входе 10 регулировочного участка предусмотрено задание номинального значения тока, которое имеет синусоидальное изменение во времени, и направляется на регулятор 11 тока. В показанном на фиг. 8 примере выполнения регулятор 11 тока выполнен в виде пропорционально-интегрального регулятора. При этом пропорционально-интегральный регулятор характеризуется передаточной функцией вида U(s)=(s+200/(100·pi)/s, где pi обозначает коэффициент усиления контура. При этом, естественно, возможно использование других регуляторов с другими передаточными функциями. Задание номинального значения тока преобразуется с помощью пропорционально-интегрального регулятора в задание напряжения полупроводникового преобразователя. Управляющий блок многоступенчатого полупроводникового преобразователя 2 обрабатывает задание напряжения полупроводникового преобразователя и преобразует его с помощью сдвинутой по фазе широтно-импульсной модуляции (phase-shifted PWM) в команды переключения для электронных переключателей подмодулей. Получаемое напряжение выдается на выходе 12 регулировочного участка, при этом напряжение дополнительно согласовывается с помощью соединительной индуктивности 4, индуктивность которой в данном примере составляет 636,7 мкГн, а активное сопротивление примерно 1 мОм. Соединительная индуктивность 4 имеет обычно, наряду с индуктивной, также активную составляющую. Поэтому на фиг. 8 соединительная индуктивность 4 приводит к передаточной функции в виде U(s)=1000/((200/(100·pi)·s+1). Однако в этой связи возможны также другие передаточные функции.

На фиг. 9 схематично показана сдвинутая по фазе широтно-импульсная модуляция примера выполнения моделирования, согласно фиг. 7 и 8. При этом широтно-импульсная модуляция выполняется, соответственно, для каждого из трех многоступенчатых полупроводниковых преобразователей 2А, 2В, 2С.

В этом примере выполнения многоступенчатый полупроводниковый преобразователь 2А, 2В, 2С содержит два подмодуля в каждой ветви Z. Однако способ управления может быть, соответственно, распространен на любое большее количество подмодулей.

Тактовый несущий сигнал управления создается с помощью генератора пилообразного напряжения и направляется в первое звено 15 задержки. Первое звено 15 задержки задерживает тактовый несущий сигнал в соответствии со следующим правилом: тактовый несущий сигнал для многоступенчатого полупроводникового преобразователя 2А не задерживается; тактовый несущий сигнал для многоступенчатого полупроводникового преобразователя 2В задерживается на разностное время; тактовый несущий сигнал для многоступенчатого полупроводникового преобразователя 2С задерживается на двойное разностное время. При этом пилообразный тактовый несущий сигнал имеет частоту 1 кГц. Разностное время составляет 83,3 мкс.

Затем тактовый несущий сигнал направляется в первый подмодуль дальше без дополнительной задержки, что изображено на фиг. 9 с помощью первой ветви Z1. Тактовый несущий сигнал направляется во второй подмодуль через вторую ветвь Z2 во второе звено 16 задержки, так что второй подмодуль получает дополнительно задержанный тактовый несущий сигнал. Дополнительная задержка, которая обычно называется фазовым сдвигом относительно периодического тактового несущего сигнала, составляет в показанном на фиг. 9 примере выполнения 90є. В целом справедливо, что в случае m подмодулей фазовый сдвиг должен составлять 180°/m, как указано, например, в статье S. Kouro et al. ”Multicarier PWM With DC-Link Ripple Feedforward for Multilevel Inverters”; IEEE Transaction on Power Electronics (т. 23, издание 1), 2008.

Определяемое регулятором 11 тока задание номинального значения напряжения подается на вход 13 управления. Оно нормируется с помощью мультипликатора 18 с учетом напряжения подмодуля, которое предоставляется измерительным устройством 17.

Тактовые несущие сигналы обоих подмодулей сравниваются затем с нормированным номинальным значением напряжения с помощью компараторов 19, в результате чего определяется соответствующее состояние переключения для каждого из обоих подмодулей. Падающие на клеммах подмодулей в соответствии с их состояниями переключения напряжения складываются с помощью суммирующего звена 20. Наконец, с помощью мультипликатора 30 образуется результирующееся напряжение полупроводникового преобразователя и направляется на выход 40.

Перечень позиций

1 Преобразовательный узел

2, 2А, 2В, 2С Многоступенчатый полупроводниковый преобразователь

21 Контактный вывод переменного напряжения

22, 22А, 22В, 22С Управляющий блок

23 Контактный вывод постоянного напряжения

3 Центральный управляющий блок

31 Задание номинального значения тока

32 Создание управляющего сигнала

33А, 33В Звено задержки

4 Соединительная индуктивность

5 Сборная шина

6 Сеть переменного напряжения

7 Подмодуль

71, 711, 712 Электронный переключатель

72 Накопитель энергии

73 Клемма подмодуля

74 Диод

8 Суммирующее звено

9 Индикаторное средство

10 Вход регулировочного участка

11 Регулятор тока

12 Выход регулировочного участка

13 Вход управления

14 Генератор пилообразного напряжения

15 Первое звено задержки

16 Второе звено задержки

17 Измерительное устройство

18 Мультипликатор

19 Компаратор

20 Суммирующее звено

30 Мультипликатор

40 Выход управления

К Узловая точка

L1, L2, L3 Контактный вывод переменного напряжения трехфазной

сети

SN Отрицательная сборная шина

SP Положительная сборная шина

Z Ветвь

Z1 Первая ветвь

Z2 Вторая ветвь

1. Способ управления несколькими включенными параллельно своими контактными выводами (21) переменного напряжения многоступенчатыми полупроводниковыми преобразователями (2, 2А, 2В, 2С), содержащими каждый последовательную схему из двухполюсных подмодулей (7), причем каждый подмодуль (7) содержит по меньшей мере два управляемых электронных переключателя (71, 711, 712) и накопитель (72) энергии, при этом управляемые электронные переключатели (71, 711, 712) включены последовательно с образованием последовательной схемы и последовательная схема расположена параллельно накопителю (72) энергии, в котором на соответствующем контактном выводе (21) переменного напряжения создается ступенчатое изменение напряжения, и изменение напряжения второго многоступенчатого полупроводникового преобразователя (2, 2А, 2В, 2С) смещается во времени относительно изменения напряжения первого многоступенчатого полупроводникового преобразователя (2, 2А, 2В, 2С).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что центральный управляющий блок (3) направляет сигналы управления в многоступенчатые полупроводниковые преобразователи (2), при этом центральный управляющий блок (3) направляет в первый многоступенчатый полупроводниковый преобразователь (2) не задержанный управляющий сигнал, а во второй многоступенчатый полупроводниковый преобразователь (2) - задержанный на разностное время управляющий сигнал.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что каждым многоступенчатым полупроводниковым преобразователем (2, 2А, 2В, 2С) создается N ступеней напряжения и каждое разностное время задают в зависимости от N, а также от интервала времени ТА между двумя следующими друг за другом управляющими сигналами.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что разностное время пропорционально ТА и обратно пропорционально N.

5. Способ по любому из пп. 2-4, отличающийся тем, что центральный управляющий блок (3) задает подлежащее установке напряжение полупроводникового преобразователя и задание номинального значения напряжения полупроводникового преобразователя преобразуют с помощью сдвинутой по фазе широтно-импульсной модуляции в соответствующее управление многоступенчатыми полупроводниковыми преобразователями (2).

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что сдвинутая по фазе широтно-импульсная модуляция содержит подходящий сдвиг фазы периодического несущего сигнала для управления отдельными подмодулями (7) многоступенчатых полупроводниковых преобразователей (2, 2А, 2В, 2С).

7. Преобразовательный узел с несколькими параллельно включенными своими контактными выводами (21) переменного напряжения многоступенчатыми полупроводниковыми преобразователями (2, 2А, 2В, 2С), которые имеют последовательную схему из двухполюсных подмодулей (7), при этом каждый подмодуль (7) содержит по меньшей мере два управляемых электронных переключателя (71, 711, 712) и накопитель (72) энергии, при этом управляемые электронные переключатели (71, 711, 712) включены последовательно с образованием последовательной схемы и последовательная схема расположена параллельно накопителю (72) энергии, при этом предусмотрена возможность создания на каждом контактном выводе (21) переменного напряжения ступенчатого изменения напряжения, отличающийся тем, что преобразовательный узел содержит средства для задержки во времени изменения переменного напряжения по меньшей мере одного многоступенчатого полупроводникового преобразователя (2, 2А, 2В, 2С) относительно изменения переменного напряжения другого многоступенчатого полупроводникового преобразователя (2, 2А, 2В, 2С).

8. Преобразовательный узел по п. 7, отличающийся тем, что многоступенчатые полупроводниковые преобразователи (2, 2А, 2В, 2С) содержат каждый управляющий блок (22, 22А, 22В, 22С) и преобразовательный узел дополнительно содержит центральный управляющий блок (4) для обеспечения управляющих сигналов на управляющих блоках (22, 22А, 22В, 22С), при этом центральный управляющий блок (3) снабжен звеньями (33А, 33В, 15) задержки и предусмотрена возможность задержки во времени управляющих сигналов с помощью звеньев (33А, 33В, 15) задержки.

9. Преобразовательный узел по п. 8, отличающийся тем, что многоступенчатые полупроводниковые преобразователи (2, 2А, 2В, 2С) соединены через соединительную индуктивность (4) со сборной шиной (5).

10. Преобразовательный узел по п. 9, отличающийся тем, что сборная шина (5) соединена с сетью (6) переменного напряжения.

11. Преобразовательный узел по любому из пп. 8-10, отличающийся тем, что управляющие блоки (22, 22А, 22В, 22С) предназначены для управления отдельными подмодулями (7) многоступенчатых полупроводниковых преобразователей (2) с помощью сдвинутой по фазе широтно-импульсной модуляции.

12. Преобразовательный узел по любому из пп. 7-10, отличающийся тем, что подмодули (7) выполнены в виде полумостовых схем или полномостовых схем.

13. Преобразовательный узел по п. 11, отличающийся тем, что подмодули (7) выполнены в виде полумостовых схем или полномостовых схем.