用于多電平逆變器的電力級預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)裝置制造方法
【專利摘要】用于多電平逆變器電力級（100）的預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路（200），所述預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路（200）具有共享電阻器，所述共享電阻器在第一操作模式下被連接成利用來自整流器電路（120）的電流對直流總線電容器（C）進(jìn)行充電，以及在動(dòng)態(tài)制動(dòng)模式下被連接成與電容器（C）并聯(lián)以消耗電力。
【專利說明】用于多電平逆變器的電力級預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)裝置 【背景技術(shù)】
[〇〇〇1] 電力轉(zhuǎn)換器被用于將輸入電能從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。一種形 式的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以用于電動(dòng)機(jī)負(fù)載的變速操作。多電 平逆變器如級聯(lián)Η橋（CHB)逆變器有時(shí)被用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和其他電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中以生成并 提供高電壓驅(qū)動(dòng)信號，其中各個(gè)電力單元或電力級串聯(lián)連接。所述電力級中的每個(gè)級提供 獨(dú)立的直流（DC)源，并且被開關(guān)信號驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生正或負(fù)輸出電壓，其中多級輸出的串聯(lián)組 合提供多電平逆變器輸出能力用于以可變速度和轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 現(xiàn)在概述本公開內(nèi)容的各個(gè)方面，以便于對本公開內(nèi)容的基本理解，其中此概述 不是本公開內(nèi)容的詳盡概述，并且既不旨在確定本公開內(nèi)容的某些元素，也不旨在描繪其 范圍。相反，本概述的主要目的是為了在下文中所呈現(xiàn)的較詳細(xì)描述之前以簡化的形式呈 現(xiàn)本公開內(nèi)容的各種構(gòu)思。本公開內(nèi)容提供了用于對各個(gè)多電平逆變器電力級或單元的直 流總線電容器進(jìn)行預(yù)充電以及用于在電力級內(nèi)使用共享電阻器來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)制動(dòng)的裝置和 技術(shù)。
[0003] 根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)或更多個(gè)方面，提供了一種電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該電力轉(zhuǎn)換系 統(tǒng)包括多電平逆變器，多電平逆變器具有一個(gè)或更多個(gè)逆變器臂，每個(gè)逆變器臂均具有多 個(gè)電力級以及轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)控制器，多個(gè)電力級各自提供多個(gè)不同的輸出電壓電平，轉(zhuǎn)換器 系統(tǒng)控制器提供開關(guān)控制信號以設(shè)定電力級的各個(gè)輸出電平。各個(gè)電力級包括直流總線電 路以及開關(guān)電路，通過整流器向所述直流總線電路提供直流電壓，開關(guān)電路以多個(gè)不同電 平中之一提供電力級輸出電壓。預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路被設(shè)置在各個(gè)電力級內(nèi)，包括連接 在整流器與開關(guān)電路之間的電阻器。預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路操作于第一模式以傳導(dǎo)電流從 整流器通過電阻器以對直流總線電容器進(jìn)行充電，以及操作于第二模式以旁通電阻器并且 允許電流從整流器流至開關(guān)電路用于正常操作。在第三操作模式下，預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電 路將電阻器與電容器并聯(lián)連接，以便于動(dòng)態(tài)制動(dòng)操作。
[0004] 在某些實(shí)施方式中，預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路包括第一開關(guān)以及第一二極管，第一 開關(guān)耦接在整流器與開關(guān)電路之間的直流電路支路中，第一二極管與第一開關(guān)并聯(lián)耦接。 對于正?；騽?dòng)態(tài)制動(dòng)操作，閉合第一開關(guān)或者以其他方式使第一開關(guān)呈現(xiàn)為傳導(dǎo)以旁通電 阻器，并且斷開開關(guān)或使開關(guān)呈現(xiàn)為不傳導(dǎo)使得來自整流器的預(yù)充電電流流過電阻器以在 預(yù)充電操作模式下對電容器進(jìn)行充電。此外，在各種實(shí)施方式中，第二開關(guān)耦接在另外的直 流電路支路與電阻器之間，其中第二開關(guān)在正常和預(yù)充電操作期間是斷開或不傳導(dǎo)的，并 且在動(dòng)態(tài)制動(dòng)期間閉合或進(jìn)行脈寬調(diào)制以選擇性地將電阻器與直流總線電容器并聯(lián)連接。 在某些實(shí)現(xiàn)方案中，電力級控制器向第一開關(guān)和第二開關(guān)提供控制信號，以根據(jù)電力級的 直流總線電壓來設(shè)定操作模式，例如：如果直流總線電壓小于第一(例如較低）閾值，則將電 路設(shè)定成第一或預(yù)充電操作模式；當(dāng)直流總線電壓在第一閾值以上并且在第二(例如較高） 閾值以下時(shí)，電路操作于第二或正常模式下，其中電阻器不傳導(dǎo)任何電流；以及當(dāng)直流總線 電壓超過第二閾值時(shí)，電路操作于第三或動(dòng)態(tài)制動(dòng)模式。
[0005] 方法和非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)被設(shè)置有用于對多電平逆變器的各個(gè)電力級進(jìn)行 操作的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。這些技術(shù)包括：如果直流總線電壓小于第一閾值，則通過電阻器 對電力級的直流總線電容進(jìn)行預(yù)充電；以及如果電壓大于第二閾值，則將電阻器與直流總 線電容并聯(lián)連接。在某些實(shí)施方式中，如果直流總線電壓在第一閾值和第二閾值之間，則電 阻器被旁通以允許電流在整流器與電力級開關(guān)電路之間流動(dòng)。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 下面的描述和附圖詳細(xì)闡述了本公開內(nèi)容的某些說明性實(shí)現(xiàn)方案，這些實(shí)施示出 了可以執(zhí)行本公開內(nèi)容的各種原理的若干示例性方式。然而，所示出的示例并不窮舉本公 開內(nèi)容的眾多可能的實(shí)施方式。在下文結(jié)合附圖考慮的詳細(xì)描述中，將會(huì)闡述本公開內(nèi)容 的其他目的、優(yōu)點(diǎn)和新型特征，在附圖中：
[0007] 圖1是不出了基于三相13電平CHB逆變器的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的不意圖，所 述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)具有三個(gè)逆變器臂，每個(gè)逆變器臂具有在中性點(diǎn)與電機(jī)負(fù)載相之 間串聯(lián)連接的六個(gè)電力級或電力單元；
[0008] 圖2是示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)或更多個(gè)方面的圖1的電力轉(zhuǎn)換器中的示例 性電力級，所述電力級具有使用共享電阻器的預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路；
[0009] 圖3是示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的另外的方面的用于操作多電平逆變器中的各個(gè) 電力級的示例性方法的流程圖；
[〇〇1〇] 圖4是圖示了圖2的電力級在第一模式期間在第一操作模式下通過電阻器對直流 總線電容器進(jìn)行可控預(yù)充電的操作的示意圖；
[0011] 圖5是示出了圖2的電力級在正常操作期間的操作的示意圖；以及
[0012] 圖6是示出了圖2的電力級的動(dòng)態(tài)制動(dòng)操作的示意圖，其中所述電阻器跨越直流 總線電容器并聯(lián)連接。 【具體實(shí)施方式】
[0013] 現(xiàn)在參照附圖，在下文中結(jié)合附圖描述了若干實(shí)施方式或?qū)崿F(xiàn)方案，其中貫穿全 文使用相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)記相同的元件，并且其中各種特征不一定按比例繪制。提出了 多電平逆變器電力級架構(gòu)，其中利用中間直流總線電路中的開關(guān)電路，使用單個(gè)共享電阻 器來實(shí)現(xiàn)預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)功能，以選擇性地連接電阻器以控制對直流總線電容的充電或 者將電阻器與直流總線電容并聯(lián)連接以便于消耗來自受驅(qū)動(dòng)電機(jī)或其他負(fù)載的反EMF，同 時(shí)還便于利用被旁通的電阻器來正常操作。動(dòng)態(tài)制動(dòng)和預(yù)充電功能是級聯(lián)Η橋和其他多電 平電力轉(zhuǎn)換器架構(gòu)的特征的期望組合，并且本公開內(nèi)容提供了簡單而有效的設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn) 兩種功能，其中各個(gè)電力級內(nèi)的局部電路構(gòu)成級聯(lián)或串聯(lián)連接的多單元結(jié)構(gòu)?？梢允褂脛?dòng) 態(tài)制動(dòng)裝置來選擇性地減緩由電力轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)負(fù)載，并且本公開內(nèi)容提供了選擇性 開關(guān)來連接阻抗以消耗由于電機(jī)減速從電機(jī)負(fù)載返回的電力。
[0014] 還可以例如在啟動(dòng)時(shí)或在電力中斷后使用相同的阻抗來進(jìn)行預(yù)充電，以對直流總 線電容器進(jìn)行充電，其中直流總線電壓下降到標(biāo)稱電平以下。當(dāng)直流總線電壓在預(yù)定閾值 以下時(shí)，激活各個(gè)電力級內(nèi)的電路，以通過傳導(dǎo)來自電力級整流器或其他局部直流源的電 流通過阻抗以限制到電容器的涌入電流來按可控速率對電容器充電，從而保護(hù)電容器和對 半導(dǎo)體器件進(jìn)行充電而避免過電流條件。在所示出的實(shí)施方式中，例如共享電阻器的尺寸 被確定為使得當(dāng)充電到可管理的電平時(shí)減少電流尖峰，并且還便于動(dòng)態(tài)制動(dòng)操作。因此通 過以最小數(shù)量的電路元件提供這些功能，該電路呈現(xiàn)為顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的多電平逆變器。此 夕卜，本公開內(nèi)容公開的技術(shù)使用具有共享電阻器的板載電路找到了與涉及任意數(shù)量的級聯(lián) 電力級的低電壓以及中間電壓或高電壓電力轉(zhuǎn)換器應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的實(shí)用性，所述共享電阻器 的大小是針對與各個(gè)電力單元或級相關(guān)聯(lián)的電力電平來確定的。
[0015] 在圖1中示出了示例性多電平逆變器電機(jī)驅(qū)動(dòng)電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10,其中各個(gè)電力單 元或電力級100并入了使用共享電阻器的預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路。電力轉(zhuǎn)換器10包括三相 多電平逆變器40,所述三相多電平逆變器40針對三個(gè)部分或逆變器臂102U、102V和102W 中的每個(gè)，具有串聯(lián)連接的電力級100-1、100-2、100-3、100-4、100-5、100-6,三個(gè)部分或逆 變器臂102UU02V和102W與電機(jī)負(fù)載50的相應(yīng)電機(jī)相U、V和W相關(guān)聯(lián)。盡管在多相多 電平逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載的背景下示出了本公開內(nèi)容的構(gòu)思，但是驅(qū)動(dòng)其他形式的負(fù)載50 的其他實(shí)施方式也是可能的，所述負(fù)載50包括但不限于單相交流（AC)負(fù)載，其中本公開內(nèi) 容不限于多相電機(jī)驅(qū)動(dòng)型電力轉(zhuǎn)換器。此外，在某些實(shí)施方式中，各個(gè)電力級100包括具有 開關(guān)器件(例如，以下圖2中的具有相關(guān)聯(lián)的二極管D11-D14的Q1-Q4)的Η橋開關(guān)電路或 逆變器40,盡管可以在各個(gè)電力級100中設(shè)置任何合適形式的輸出開關(guān)電路140,其中兩個(gè) 或更多個(gè)開關(guān)構(gòu)成開關(guān)電路，所述開關(guān)電路用于根據(jù)由電力轉(zhuǎn)換器控制器60的控制器64 或逆變器控制部件提供的開關(guān)控制信號62來生成具有兩個(gè)或更多個(gè)可能電平之一的電力 級輸出。
[0016] 圖1的示例是針對三個(gè)電機(jī)負(fù)載相U、V和W中的每一個(gè)具有六個(gè)電力單元或電 力級100的多相13電平逆變器40 (例如對于相U，100-U1、100-U2、100-U3、100-U4、100-U5 和 100-U6 構(gòu)成第一逆變器臂 102U ;對于相 V，100-V1、100-V2、100-V3、100-V4、100-V5 和 100-V6 構(gòu)成第二逆變器臂 102V ;以及對于相 W，級 100-W1、100-W2、100-W3、100-W4、100-W5 和100-W6構(gòu)成第三逆變器臂102W)。此外，該示例中的逆變器臂102中的每一個(gè)被連接在 電力轉(zhuǎn)換器中性點(diǎn)N與相應(yīng)的電機(jī)引線U、V或W之間。本公開內(nèi)容的各個(gè)方面可以結(jié)合具 有任意整數(shù)"N"個(gè)電力級100的單相或多相多電平逆變器型電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，其中N 大于1。另外，雖然所示出的實(shí)施方式利用級聯(lián)的Η橋級100來構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的每 個(gè)輸出相的多電平逆變器臂102,但是可以使用其他類型和形式的電力級100,例如具有包 括多于或少于四個(gè)開關(guān)器件的開關(guān)電路的級100,其中本公開內(nèi)容的更廣泛的方面不限于 圖示實(shí)施方式中所示的Η橋電力單元100。例如，其中各個(gè)單元100可以包括少至兩個(gè)開關(guān) 器件或者大于或等于2的任意整數(shù)個(gè)開關(guān)的實(shí)施方式也是可能的。
[0017] 向電力轉(zhuǎn)換器10提供來自相移變壓器30的多相交流輸入電力，相移變壓器30具 有多相初級32(在所示實(shí)施方式中的△配置)，多相初級32從交流電源20接收三相電力。 變壓器30包括18個(gè)三相次級34,三相次級34具有6組3個(gè)Λ配置的三相次級34,所述6 組中的每一組處于不同的相關(guān)系。在所示出的示例中，雖然初級32和次級34被配置為Λ 繞組，但是可以替選地使用"Υ"連接的初級繞組和/或次級繞組或其他繞組配置。此外，盡 管該變壓器具有三相初級繞組32和次級繞組34,但是可以使用其他單相或多相實(shí)現(xiàn)方案， 并且次級或次級組不必相移。在圖1的示例中的每個(gè)三相次級34被耦接成提供交流電力 以驅(qū)動(dòng)三相多電平逆變器40的相應(yīng)電力級100的三相整流器120。該示例中的逆變器40 是具有6個(gè)級聯(lián)Η橋電力級100-U1至100-U6的13電平逆變器，13電平逆變器具有輸出 104-U1至104-U6,輸出104-U1至104-U6在中性點(diǎn)Ν與三相電機(jī)負(fù)載50的第一繞組U之 間彼此串聯(lián)連接(級聯(lián))。類似地，電力級100-V1至100-V6提供在中性點(diǎn)Ν與第二繞組V 之間串聯(lián)連接的電壓輸出104-V1至104-V6,而電力級100-W1至100-W6提供在中性點(diǎn)Ν與 電機(jī)50的第三繞組W之間串聯(lián)連接的電壓輸出104-W1至104-W6。
[0018] 在操作中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器60向與第一電機(jī)繞組U相關(guān)聯(lián)的電力級100-U1至 100-U6提供控制信號62U，并且還向電力級100-V1至100-V6提供控制信號62V以及向電 力級100-W1至100-W6提供控制信號62W。雖然圖1中所示出的逆變器40是向相U、V和 W提供輸出電力以驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)50的多相單元，但是本公開內(nèi)容的構(gòu)思也適用于單相轉(zhuǎn)換 器，例如從源20接收三相輸入的三相至單相轉(zhuǎn)換器，單元100的單個(gè)串聯(lián)連接的組向單相 電機(jī)或其他單相輸出負(fù)載提供電力。此外，可以使用具有多于三個(gè)的相或逆變器臂102的 電力級100的相應(yīng)串聯(lián)連接的組來提供其他多相輸出。
[0019] 可以使用任意合適的硬件、處理器執(zhí)行的軟件或固件、或它們的組合來實(shí)現(xiàn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)控制器60及其部件64,其中控制器60的示例性實(shí)施方式包括一個(gè)或更多個(gè)處理元件， 例如微處理器、微控制器、FPGA、DSP、可編程邏輯等，以及電子存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器和信號調(diào) 理驅(qū)動(dòng)器電路，處理元件被編程為或以其他方式配置成生成逆變器開關(guān)控制信號62并且 執(zhí)行其他電機(jī)驅(qū)動(dòng)操作任務(wù)以驅(qū)動(dòng)負(fù)載50,逆變器開關(guān)控制信號62適于操作電力級100的 開關(guān)器件。
[0020] 圖2示出了 Η橋電力級100的一種可能的實(shí)現(xiàn)方案，可以復(fù)制Η橋電力級100以 構(gòu)成諸如圖1中所示出的單相或多相多電平逆變器40的級聯(lián)電力級。圖2中的電力級包 括三相交流輸入108,三相交流輸入108具有輸入端子108AU08B和108C，輸入端子108Α、 108Β和108C可連接用于接收交流輸入電力，在該情況下三相電力來自交流源例如圖1中的 變壓器30的次級繞組34。其他實(shí)現(xiàn)方案也是可能的，其中各個(gè)電力級或單元100接收單相 交流輸入電力，或者其中各個(gè)電力級100從外部直流源(未示出）接收直流輸入電力。在所 示出的示例中，交流輸入電力從單元輸入108被提供給整流器電路120,整流器電路120具 有構(gòu)成三相整流器120的板載整流器二極管D1至D6,三相整流器120從相應(yīng)的變壓器次級 34接收三相交流電力并且在連接到直流總線電路130的輸出端子121 ( + )和122 (-)處提 供直流輸出電力。在該示例中，使用了無源整流器120,但是也可以使用有源整流器電路或 其他形式的整流器，不論具有單相還是多相交流輸入。
[0021] 圖2中的電力級100還包括直流鏈路或總線電路130和輸出開關(guān)電路140 (例如 Η橋逆變器)，該輸出開關(guān)電路140以多個(gè)不同的輸出電壓電平中的一個(gè)受控輸出電壓電平 向電力單兀輸出104提供輸出電壓V QUT，該電力單兀輸出104具有第一輸出端子104Α和第 二輸出端子104B。在某些實(shí)施方式中，可以在各個(gè)電力級100中設(shè)置旁通電路來旁通輸出 104 (未示出）。直流總線電路130包括直流總線電容器C，該直流總線電容器C被連接在上 電路支路或第一電路支路與第二電路支路或下電路支路之間，上電路支路或第一電路支路 在整流器120的正輸出節(jié)點(diǎn)121與連接到輸出開關(guān)電路140的正輸入節(jié)點(diǎn)131之間延伸， 所述第二電路支路或下電路支路在整流器120的負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)122與輸出開關(guān)電路140的負(fù) 輸入節(jié)點(diǎn)132之間延伸。此外，如下面進(jìn)一步描述，預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路200設(shè)置在整流 器120和輸出開關(guān)電路140之間。
[0022] 在正常操作中，整流器120跨越直流總線電容器C來提供直流電力。轉(zhuǎn)而直流鏈 路電路130向Η橋逆變器140提供輸入，該Η橋逆變器140由四個(gè)開關(guān)器件Q1至Q4構(gòu)成， 這四個(gè)開關(guān)器件Q1至Q4被配置成"Η"橋電路。雖然所示出的電力級100基于由內(nèi)部整流 器電路120提供的直流源進(jìn)行操作，該整流器電路120通過來自相應(yīng)變壓器次級34的交流 輸入來驅(qū)動(dòng)，但是可以向根據(jù)本公開內(nèi)容的電力級100提供任何適當(dāng)形式的直流輸入，并 且電力級100可以但不需要包括板載整流電路120。此外，可以在各個(gè)級100的輸出開關(guān)電 路140 (例如逆變器）中使用任何合適的開關(guān)電路配置，該輸出開關(guān)電路140具有至少兩個(gè) 開關(guān)器件Q，所述至少兩個(gè)開關(guān)器件Q被配置成在具有至少兩個(gè)不同電平的級輸出104處選 擇性地提供電壓。此外，可以在電力級100中使用任何合適類型的開關(guān)器件Q，開關(guān)器件Q 包括但不限于基于半導(dǎo)體的開關(guān)，例如絕緣柵雙極晶體管（IGBT)、可控硅整流器（SCR)、柵 極關(guān)斷晶閘管（GT0)、集成柵極整流晶閘管（IGCT)等。
[0023] 所示出的四開關(guān)Η橋輸出開關(guān)電路140有利地允許控制器60選擇性地生成開關(guān) 控制信號，以在輸出104處以受控方式提供至少兩個(gè)不同的電壓電平。例如，當(dāng)開關(guān)器件Q1 和Q4導(dǎo)通(傳導(dǎo))而其他器件Q2和Q3關(guān)斷(不傳導(dǎo))時(shí)，在輸出端子104Α和104Β處提供正 直流電平的電壓輸出V OTT，其基本上等于跨越電容器C的直流總線電壓(例如+VDC)。相反 地，當(dāng)Q2和Q3導(dǎo)通而Q1和Q4關(guān)斷時(shí)提供負(fù)輸出電壓電平(例如-VDC)。該配置還通 過導(dǎo)通Q1和Q3同時(shí)保持Q2和Q4關(guān)斷（或替選地通過導(dǎo)通Q2和Q4同時(shí)保持Q1和Q3關(guān) 斷)來允許約零伏的三個(gè)不同的輸出電壓電平。因此，示例性Η橋電力級100有利地允許選 擇兩個(gè)或更多個(gè)不同的輸出電壓，并且六個(gè)這樣的級的級聯(lián)配置(例如圖1)允許逆變器控 制部件64選擇性地生成開關(guān)控制信號以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于相應(yīng)電機(jī)相U、V或W的13個(gè)不同的電 壓電平(線到中性點(diǎn))。這轉(zhuǎn)而允許25個(gè)不同的線到線電壓電平。要注意的是，可以使用其 他可能的開關(guān)電路來實(shí)現(xiàn)針對各個(gè)級100的兩個(gè)、三個(gè)、或K個(gè)電平的可選輸出，其中K是 大于1的任意正整數(shù)。可以使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器60中的任何合適的邏輯或電路來向給定 的電力級100提供逆變器開關(guān)控制信號62,例如基于載波的開關(guān)電路和/或?qū)崿F(xiàn)脈寬調(diào)制 (PWM)開關(guān)控制信號62的數(shù)字邏輯。此外，控制器60可以包括信號電平放大和/或驅(qū)動(dòng)器 電路(未示出），以提供足以選擇性地致動(dòng)開關(guān)器件Q1至Q4的合適的驅(qū)動(dòng)電壓和/或電流 電平，例如諸如比較器、載波發(fā)生器或數(shù)字邏輯和信號驅(qū)動(dòng)器。
[0024] 如圖2中進(jìn)一步示出的，各個(gè)電力級100還包括雙功能的預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路 200,該預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路200可以被連接到整流器120 (或其他直流輸入）與輸出開 關(guān)電路140之間的直流路徑中的任何位置。在所示出的示例中，預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路200 被配置在整流器120與直流總線電容C之間，盡管其他實(shí)現(xiàn)方案也是可能的。此外，根據(jù)本 公開內(nèi)容，預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路200有利地采用單個(gè)共享電阻器206,其能夠操作地用于 對直流鏈路電容器電壓進(jìn)行受控預(yù)充電以及用于動(dòng)態(tài)制動(dòng)操作兩者。此外，針對這兩個(gè)目 的，在電路200中設(shè)置了第一開關(guān)202和第二開關(guān)210用于電阻器206的選擇性連接。另 夕卜，在每個(gè)電力級1〇〇內(nèi)設(shè)置了預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)控制電路220,以如圖2所示的表中所總 結(jié)的三個(gè)不同模式之一來控制電力級100的操作。具體而言，控制器220選擇性地改變預(yù) 充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路200的開關(guān)狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)對直流鏈路電容器C進(jìn)行預(yù)充電的第一模式， 以及實(shí)現(xiàn)正常操作模式和用于動(dòng)態(tài)制動(dòng)的第三模式。此外，在某些實(shí)施方式中，控制器220 至少部分地根據(jù)電路130中的直流總線電壓來選擇性地設(shè)定操作模式。例如，如圖2中所 示，控制器220可以接收指示跨越直流總線電容器C的電壓（VDC)的一個(gè)或更多個(gè)反饋信 號。可以使用任何合適的硬件、處理器執(zhí)行的固件、處理器執(zhí)行的軟件、邏輯電路、FPGA等 來構(gòu)造預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)控制器220,并且控制器220可以使用任何合適的反饋信號以選 擇性地設(shè)定如本文所述的電力級120的操作模式。
[0025] 如圖2中所示，在任意給定時(shí)間，示例性預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)控制器220根據(jù)中間直 流電路130的所感測到的直流總線電壓來操作電力級100,并且通過將總線電壓與第一閾 值和第二閾值進(jìn)行比較將預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路200選擇性地置于三個(gè)不同的操作模式 中的一個(gè)操作模式下。在各種實(shí)現(xiàn)方案中，其他形式的操作模式開關(guān)可以全部或部分地基 于電機(jī)驅(qū)動(dòng)器10或其電力級100的一個(gè)或更多個(gè)其他的操作條件。在所示出的示例中，電 路200包括電阻器206,電阻器206被耦接在整流器120與輸出開關(guān)電路140之間，控制器 220在第一操作模式(預(yù)充電)下操作電路200以傳導(dǎo)來自整流器120的電流通過電阻器206 到達(dá)電容器C。在第二（正常）操作模式下，控制器220操作電路200以旁通電阻器206,從 而允許電流直接從整流器120流到開關(guān)電路140。在第三操作模式下將電阻器206與電容 器C并聯(lián)連接來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)制動(dòng)。
[0026] 如圖2所示，第一開關(guān)202被耦接在節(jié)點(diǎn)121與節(jié)點(diǎn)131之間的第一直流總線電 路支路中，并且根據(jù)來自控制器220的第一控制信號222在第一狀態(tài)(斷開或不傳導(dǎo)）下操 作，以防止電流直接流過整流器120與開關(guān)電路140之間的開關(guān)202。根據(jù)控制信號222， 第一開關(guān)器件202還能夠操作于第二狀態(tài)（閉合或傳導(dǎo))，以允許電流流過開關(guān)202?？梢允?用諸如接觸器、繼電器、或基于半導(dǎo)體的開關(guān)元件(例如IGBT、SCR、GTO、IGCT等）的任何合 適的開關(guān)器件202,其中開關(guān)器件202的大小優(yōu)選地確定為適合正常操作中所需的最大電 流。雖然圖2的實(shí)施方式提供了在上或正直流電路支路121U31中的第一開關(guān)器件202， 但是其他實(shí)施方式也是可能的，其中第一開關(guān)202替選地設(shè)置在節(jié)點(diǎn)122與節(jié)點(diǎn)132之間 的下直流電路支路中。此外，如所示出的，二極管204被連接在開關(guān)202兩端，陽極端子被 連接到輸出開關(guān)電路節(jié)點(diǎn)131而陰極被連接到整流器120的輸出節(jié)點(diǎn)121。例如在動(dòng)態(tài)制 動(dòng)操作期間，二極管204允許再生電流從輸出開關(guān)電路140流至節(jié)點(diǎn)121，但是當(dāng)開關(guān)器件 202斷開或不傳導(dǎo)時(shí)防止或阻斷正向電流從節(jié)點(diǎn)121流至輸出開關(guān)電路140。
[0027] 如所示出的，電阻器206和第二二極管208被連接在與第一開關(guān)器件202的觸點(diǎn) 并聯(lián)的電路支路中，電阻器206被連接在節(jié)點(diǎn)121與內(nèi)部節(jié)點(diǎn)209之間，第二二極管208的 陽極被連接到節(jié)點(diǎn)209而陰極被連接到節(jié)點(diǎn)131。此外，第二開關(guān)器件210被耦接在節(jié)點(diǎn) 122和節(jié)點(diǎn)132處的第二直流電路支路與第一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)209之間。第二開關(guān)210根據(jù)來自 預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)控制器220的第二控制信號224來進(jìn)行操作，并且可以是包括但不限于 接觸器、繼電器、或基于半導(dǎo)體的開關(guān)元件(例如IGBT、SCR、GTO、IGCT等）的任何合適類型 的開關(guān)器件。控制器220包括任何合適的邏輯和信號調(diào)理和/或驅(qū)動(dòng)器電路用于提供控制 信號222和224,以根據(jù)本文中所描述的操作和功能來適當(dāng)?shù)夭僮鞯谝婚_關(guān)器件202和第二 開關(guān)器件210。
[0028] 還參照圖3至圖6,圖3示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的各個(gè)方面的用于操作電力轉(zhuǎn)換系 統(tǒng)的示例性處理或方法300,該示例性處理或方法300可以使用各個(gè)電力級104的預(yù)充電 和動(dòng)態(tài)制動(dòng)控制器220在三個(gè)模式下的操作來實(shí)現(xiàn)。本公開內(nèi)容的各個(gè)方面還提供了非暫 態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，例如操作地與控制器220相關(guān)聯(lián)的電子存儲(chǔ)器，所述非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可 讀介質(zhì)包括用于執(zhí)行所描述的方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述方法包括圖3的所示出的方 法300。雖然下面以一系列動(dòng)作或事件的形式示出和描述了方法300,但是將理解的是，本 公開內(nèi)容的各種方法不限于這樣的動(dòng)作或事件的所示順序。在這點(diǎn)上，除了如在下文中具 體規(guī)定的之外，一些動(dòng)作或事件可以根據(jù)本公開內(nèi)容以不同的次序發(fā)生和/或與除了在本 文中所示出和描述的動(dòng)作或事件之外的其他動(dòng)作或事件同時(shí)發(fā)生。還要注意的是，并非所 有示出的步驟需要根據(jù)本公開內(nèi)容的處理或方法來實(shí)現(xiàn)，并且可以組合一個(gè)或更多個(gè)這樣 的動(dòng)作。本公開內(nèi)容的所示出的方法300和其他方法可以以硬件、處理器執(zhí)行的軟件或它 們的組合來實(shí)現(xiàn)，例如在本文中所述的示例性控制器220中實(shí)現(xiàn)，并且可以以存儲(chǔ)在有形 的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，例如存儲(chǔ)在與一個(gè)示例中的控制器220操作關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器中 的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的形式來實(shí)施。
[0029] 所示出的處理300開始于302,向轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10施加電力。如前面所提到的，預(yù)充 電特征可以被用于系統(tǒng)10的初始加電和/或在暫時(shí)性中斷后電力的恢復(fù)。在304處，控制 器220確定直流總線電壓是否小于第一(預(yù)充電）閾值TH rc。在一個(gè)可能的實(shí)現(xiàn)方案中，預(yù) 充電閾值THrc可以設(shè)定在標(biāo)稱直流總線電壓處或標(biāo)稱直流總線電壓的附近，所述標(biāo)稱直流 總線電壓與電力級100的正常操作相關(guān)聯(lián)。如果直流總線電壓處于第一閾值或其以上(在 304處為否)，則處理300繼續(xù)到如下所述的308。
[0030] 還參照圖4,如果總線電壓小于閾值THrc (在圖3中在304處為是)，則在306處控 制器220切換到對總線電容器C進(jìn)行預(yù)充電的第一操作模式。如圖4中所示，控制器220提 供第一控制信號222以便斷開第一(預(yù)充電）開關(guān)202,并且提供第二控制信號224以保持 第二開關(guān)210關(guān)斷(非傳導(dǎo))。如圖4中所示，在第一預(yù)充電模式下來自整流器120的電流 從節(jié)點(diǎn)121通過電阻器206和二極管208流到節(jié)點(diǎn)131，然后通過直流總線電容器C在節(jié)點(diǎn) 132處流到下直流電路支路，從而在節(jié)點(diǎn)122處返回到負(fù)整流端。對于該操作，電阻器206 具有根據(jù)直流總線電容器C的電容被選擇或設(shè)計(jì)的電阻值，用于控制電容器C的充電時(shí)間。 在這方面，電阻器206的電阻尤其對完全放電的總線電容器C設(shè)定涌入電流的極限，從而保 護(hù)整流器120的半導(dǎo)體器件(例如無源整流二極管和/或有源整流器開關(guān)）防止過電流條 件，并且還保護(hù)電容器C防止高涌入電流。此外，如圖3中所示，處理300返回到在304處 再次相對于閾值TH rc估定直流總線電壓電平并且在306處繼續(xù)預(yù)充電操作，直到直流總線 電壓處于閾值電平THrc為止。
[0031] 當(dāng)直流總線電壓處于第一閾值電平THrc或其以上(在304處為否）時(shí)，圖3中的處 理300進(jìn)行到308,其中（例如通過控制器220)確定直流總線電壓是否超過第二(動(dòng)態(tài)制動(dòng)） 閾值TH DB，第二(動(dòng)態(tài)制動(dòng)）閾值THDB高于第一閾值THrc。第二閾值THDB可以被設(shè)定為適于 在電力單元或級100中觸發(fā)動(dòng)態(tài)制動(dòng)的任意期望的電平，諸如在一個(gè)非限制性示例中在標(biāo) 稱直流總線電壓電平以上約5% -10%。如果直流總線電壓在第一閾值與第二閾值之間(在 308處為否)，則在310處控制器220操作于第二模式或正常模式，控制信號222和224將第 一開關(guān)202保持在閉合或?qū)?例如傳導(dǎo))狀態(tài)，并且將第二開關(guān)210保持在斷開/關(guān)斷(例 如非傳導(dǎo))狀態(tài)。在圖5中進(jìn)一步說明了該操作，其中直流電流從正整流器節(jié)點(diǎn)121通過閉 合的第一開關(guān)202流到輸出開關(guān)電路140的上輸入節(jié)點(diǎn)131，從而保持跨越電容器C的直流 總線電壓并且允許開關(guān)電路140根據(jù)來自電力轉(zhuǎn)換器控制器60的開關(guān)控制信號62 (上面 的圖1)來進(jìn)行開關(guān)操作。
[0032] 再返回到圖3,當(dāng)直流總線電壓處于第一閾值和第二閾值之間時(shí)，該正常模式操作 在304、308和310處繼續(xù)。然而，如果直流總線電壓超過第二(上）閾值TH DB (在308處為 是)，則處理300進(jìn)行到312,控制器220進(jìn)入第三(動(dòng)態(tài)制動(dòng)）模式。在圖6中進(jìn)一步說明 了該動(dòng)態(tài)制動(dòng)操作，控制器220經(jīng)由控制信號222將第一開關(guān)202保持在閉合或傳導(dǎo)狀態(tài)， 并且經(jīng)由控制信號224選擇性地閉合第二開關(guān)210 (使其傳導(dǎo))。在某些實(shí)施方式中，在第 三(動(dòng)態(tài)制動(dòng)）操作模式期間控制器220可以簡單地閉合開關(guān)210。此外，在其他可能的實(shí) 施方式中，控制器220可以提供控制信號224,以便對開關(guān)210進(jìn)行脈寬調(diào)制。在一些實(shí)現(xiàn) 方案中，例如，可以至少部分地根據(jù)例如直流總線電壓電平來控制控制信號224的脈寬調(diào) 制操作，控制器220針對直流總線電壓在閾值TH DB以上的較大偏移來增加脈沖寬度。此外， 對于這樣的脈寬調(diào)制實(shí)現(xiàn)方案，在經(jīng)由控制信號224對第二開關(guān)210的控制中，可以使用任 何合適的開關(guān)頻率。此外，如圖6中所示，控制器220在動(dòng)態(tài)制動(dòng)模式下的操作提供了通過 電阻器206的電路路徑，以用于傳導(dǎo)電流從輸出開關(guān)電路節(jié)點(diǎn)131通過閉合的開關(guān)202(和 /或通過阻斷的二極管204)返回，并且然后通過電阻器206和開關(guān)210。
[0033] 因此，控制器220在動(dòng)態(tài)制動(dòng)模式下的操作提供了經(jīng)由電阻器206的阻抗以消耗 從輸出開關(guān)電路140回流的多余能量。在這點(diǎn)上，除了上述的電阻器206在預(yù)充電操作模式 下執(zhí)行的涌入電流限制功能之外，還可以根據(jù)所期望的制動(dòng)阻抗值來設(shè)定共享電阻器206 的電阻值。電阻206確定制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而確定所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)負(fù)載50的減速速率，并且脈寬 調(diào)制開關(guān)210的占空比確定制動(dòng)電阻器的額定電力。在某些非限制性實(shí)施方式中，例如，電 阻器206可以被設(shè)定為約5 Ω至10 Ω。
[0034] 此外，如圖3中所示，處理300返回到如上所述在304和308處再次估定直流總線 電壓，從而實(shí)現(xiàn)電力單元100的三個(gè)模式的操作，用于選擇性地對總線電容器C進(jìn)行預(yù)充 電、以正常模式操作和/或提供動(dòng)態(tài)制動(dòng)。
[0035] 本公開內(nèi)容還可以通過以下方案來實(shí)現(xiàn)：
[0036] 方案1. 一種電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括：
[0037] 多電平逆變器，所述多電平逆變器包括至少一個(gè)逆變器臂，所述至少一個(gè)逆變器 臂包括多個(gè)電力級，各個(gè)電力級包括：
[0038] 直流總線電路，所述直流總線電路具有第一直流電路支路和第二直流電路支路，
[0039] 整流器電路，所述整流器電路向所述直流總線電路提供直流電壓，
[0040] 輸出；以及
[0041] 開關(guān)電路，所述開關(guān)電路能夠根據(jù)開關(guān)控制信號進(jìn)行操作以在所述輸出處以多個(gè) 不同的輸出電壓電平之一提供輸出電壓，以及
[〇〇42] 預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路，所述預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路具有連接在所述整流器電路 與所述開關(guān)電路之間的電阻器，所述預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路操作于第一操作模式以傳導(dǎo)來 自所述整流器電路的電流通過所述電阻器，以對所述直流總線電路的電容器進(jìn)行充電；操 作于第二操作模式以旁通所述電阻器并且允許電流從所述整流器電路流至所述開關(guān)電路； 以及操作于第三操作模式，以將所述電阻器與所述直流總線電路的所述電容器并聯(lián)連接， [〇〇43] 所述至少一個(gè)逆變器臂的輸出彼此串聯(lián)耦接，所述至少一個(gè)逆變器臂的最后電力 級的輸出提供輸出以驅(qū)動(dòng)負(fù)載；以及
[0044] 控制器，所述控制器操作用于提供所述開關(guān)控制信號以設(shè)定所述多電平逆變器的 所述電力級的各個(gè)輸出電壓電平。
[0045] 方案2.根據(jù)方案1所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，各個(gè)電力級的所述預(yù)充電和動(dòng)態(tài) 制動(dòng)電路包括：
[0046] 第一開關(guān)器件，所述第一開關(guān)器件耦接在所述整流器與所述開關(guān)電路之間的所述 直流總線電路的所述第一電路支路中，所述第一開關(guān)器件根據(jù)第一控制信號操作于第一狀 態(tài)以防止電流直接流過所述整流器與所述開關(guān)電路之間的所述第一開關(guān)器件；以及操作于 第二狀態(tài)以允許電流流過所述第一開關(guān)器件；
[0047] 第一二極管，所述第一二極管與所述第一開關(guān)器件并聯(lián)耦接，所述第一二極管具 有連接到所述整流器的陰極和連接到所述開關(guān)電路的陽極；
[〇〇48] 第二二極管，所述第二二極管與所述電阻器串聯(lián)耦接，所述電阻器在與所述第一 開關(guān)器件并聯(lián)的電路支路中，所述第二二極管具有連接到所述電阻器的陽極和連接到所述 開關(guān)電路的陰極；以及
[〇〇49] 電力級控制器，所述電力級控制器提供所述第一控制信號，以選擇性地將所述第 一開關(guān)器件在所述第一操作模式下置于所述第一狀態(tài)，以及將所述第一開關(guān)器件在所述第 二操作模式和所述第三操作模式下置于所述第二狀態(tài)。
[0050] 方案3.根據(jù)方案2所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，各個(gè)電力級的所述預(yù)充電和動(dòng)態(tài) 制動(dòng)電路包括：
[0051] 第二開關(guān)器件，所述第二開關(guān)器件耦接在所述第二直流電路支路與第一內(nèi)部節(jié)點(diǎn) 之間，所述第一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)將所述第二二極管與所述電阻器接合，所述第二開關(guān)器件根據(jù)第 二控制信號操作于第一狀態(tài)，以防止電流在所述第一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)與所述第二直流電路支路之 間流動(dòng)；以及操作于第二狀態(tài)，以允許電流在所述第一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)與所述第二直流電路支路 之間流動(dòng)；
[0052] 其中所述電力級控制器提供所述第二控制信號以選擇性地將所述第二開關(guān)器件 在所述第一操作模式和所述第二操作模式下置于所述第一狀態(tài)，以及在所述預(yù)充電和動(dòng)態(tài) 制動(dòng)電路處于所述第三操作模式期間的至少一部分時(shí)間內(nèi)將所述第二開關(guān)器件置于所述 第二狀態(tài)。
[0053] 方案4.根據(jù)方案3所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述電力級控制器提供所述第二 控制信號，以在所述第三操作模式下脈寬調(diào)制所述第二開關(guān)器件。
[0054] 方案5.根據(jù)方案4所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述電力級控制器至少部分地根 據(jù)所述直流總線電路的直流總線電壓來改變所述預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路的操作模式。
[0055] 方案6.根據(jù)方案5所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，如果所述直流總線電壓小于第一 閾值，則所述電力級控制器以所述第一操作模式操作所述預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路；如果所 述直流總線電壓大于第二閾值，則所述電力級控制器以第三操作模式操作所述預(yù)充電和動(dòng) 態(tài)制動(dòng)電路；以及如果所述直流總線電壓在所述第一閾值與所述第二閾值之間，則所述電 力級控制器以所述第二操作模式操作所述預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路，所述第二閾值大于所述 第一閾值。
[0056] 方案7.根據(jù)方案3所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述第二開關(guān)器件是絕緣柵雙極 晶體管。
[0057] 方案8.根據(jù)方案2所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述電力級控制器至少部分地根 據(jù)所述直流總線電路的直流總線電壓來改變所述預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路的操作模式。
[0058] 方案9.根據(jù)方案8所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，如果所述直流總線電壓小于第一 閾值，則所述電力級控制器以所述第一操作模式操作所述預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路；如果所 述直流總線電壓大于第二閾值，則所述電力級控制器以第三操作模式操作所述預(yù)充電和動(dòng) 態(tài)制動(dòng)電路；以及如果所述直流總線電壓在所述第一閾值與所述第二閾值之間，則所述電 力級控制器以所述第二操作模式操作所述預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路，所述第二閾值大于所述 第一閾值。
[0059] 方案10.根據(jù)方案1所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，各個(gè)預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路的操 作模式至少部分地根據(jù)所述直流總線電路的直流總線電壓來確定。
[0060] 方案11.根據(jù)方案10所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，如果所述直流總線電壓小于第 一閾值，則各個(gè)預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路操作于所述第一操作模式；如果所述直流總線電壓 大于第二閾值，則各個(gè)預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路操作于所述第三操作模式；以及如果所述直 流總線電壓在所述第一閾值與所述第二閾值之間，則各個(gè)預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路操作于所 述第二操作模式，所述第二閾值大于所述第一閾值。
[0061] 方案12.根據(jù)方案1所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，如果相應(yīng)直流總線電路的直流總 線電壓小于第一閾值，則各個(gè)預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路操作于所述第一操作模式；如果所述 直流總線電壓大于第二閾值，則各個(gè)預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路操作于第三操作模式；以及如 果所述直流總線電壓在所述第一閾值與所述第二閾值之間，則各個(gè)預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路 操作于所述第二操作模式，所述第二閾值大于所述第一閾值。
[0062] 方案13. -種用于操作多電平逆變器中的各個(gè)電力級的方法，所述方法包括：
[0063] 如果給定電力級的直流總線電壓小于第一閾值，則通過電阻器對所述給定電力級 的直流總線電容進(jìn)行預(yù)充電；以及
[0064] 如果所述給定電力級的所述直流總線電壓大于第二閾值，則將所述電阻器與所述 直流總線電路的所述電容器并聯(lián)連接，用于動(dòng)態(tài)制動(dòng)由所述多電平逆變器驅(qū)動(dòng)的負(fù)載，所 述第二閾值大于所述第一閾值。
[〇〇65] 方案14.根據(jù)方案13所述的方法，包括：如果所述直流總線電壓在所述第一閾值 與所述第二閾值之間，則旁通所述電阻器以允許電流從整流器電路流至所述給定電力級的 開關(guān)電路。
[〇〇66] 方案15.根據(jù)方案14所述的方法，包括：如果所述給定電力級的所述直流總線電 壓大于所述第二閾值，則對將所述電阻器與所述電容器并聯(lián)連接的開關(guān)進(jìn)行脈寬調(diào)制，用 于動(dòng)態(tài)制動(dòng)所述負(fù)載。
[〇〇67] 方案16.根據(jù)方案13所述的方法，包括：如果所述給定電力級的所述直流總線電 壓大于所述第二閾值，則對將所述電阻器與所述電容器并聯(lián)連接的開關(guān)進(jìn)行脈寬調(diào)制，用 于動(dòng)態(tài)制動(dòng)所述負(fù)載。
[0068] 方案17. -種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有用于操作 多電平逆變器中的各個(gè)電力級的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括用于 如下操作的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令：
[〇〇69] 如果給定電力級的直流總線電壓小于第一閾值，則通過電阻器對所述給定電力級 的直流總線電容進(jìn)行預(yù)充電；以及
[0070] 如果所述給定電力級的所述直流總線電壓大于第二閾值，則將所述電阻器與所述 直流總線電路的所述電容器并聯(lián)連接，用于動(dòng)態(tài)制動(dòng)由所述多電平逆變器驅(qū)動(dòng)的負(fù)載，所 述第二閾值大于所述第一閾值。
[0071] 方案18.根據(jù)方案17所述的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包括如下計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指 令：如果所述直流總線電壓在所述第一閾值和所述第二閾值之間，則旁通所述電阻器以允 許電流從整流器電路流至所述給定電力級的開關(guān)電路。
[0072] 方案19.根據(jù)方案18所述的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包括如下計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指 令：如果所述給定電力級的所述直流總線電壓大于所述第二閾值，則對將所述電阻器與所 述電容器并聯(lián)連接的開關(guān)進(jìn)行脈寬調(diào)制，用于動(dòng)態(tài)制動(dòng)所述負(fù)載。
[〇〇73] 方案20.根據(jù)方案17所述的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包括如下計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指 令：如果所述給定電力級的所述直流總線電壓大于所述第二閾值，則對將所述電阻器與所 述電容器并聯(lián)連接的開關(guān)進(jìn)行脈寬調(diào)制，用于動(dòng)態(tài)制動(dòng)所述負(fù)載。
[0074] 以上示例僅說明本公開內(nèi)容的各個(gè)方面的若干可能實(shí)施方式，其中其他本領(lǐng)域 技術(shù)人員在閱讀和理解本說明書與附圖時(shí)將會(huì)想到等效替換和/或修改。特別是關(guān)于由 上述部件(組件、器件、系統(tǒng)、電路等）執(zhí)行的各種功能，除非另有說明，否則用于描述這樣 的部件的術(shù)語(包括所提及的"裝置"）旨在對應(yīng)于執(zhí)行所描述的部件的指定功能（即，功能 上等效）的任何部件，諸如硬件、處理器執(zhí)行的軟件或它們的組合，即使其在結(jié)構(gòu)上與執(zhí)行 本公開內(nèi)容的所示實(shí)現(xiàn)方案的功能的所公開結(jié)構(gòu)不等同。另外，盡管可能僅針對若干實(shí)現(xiàn) 方案中的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案公開了本公開內(nèi)容的特定特征，但是這樣的特征可以與其他實(shí)現(xiàn)方 案的一個(gè)或更多個(gè)其他特征組合，只要針對任何給定或特定應(yīng)用這種組合會(huì)是期望的且有 利的。另外，對于在【具體實(shí)施方式】部分和/或權(quán)利要求中使用的術(shù)語"包括（including、 includes)"、"具有（having、has、with)"或其變體而言，這樣的術(shù)語意在以類似于術(shù)語"包 括（comprising)"的方式而是內(nèi)含性的。
[0075] 部件清單
[0076]
【權(quán)利要求】
1. 一種電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（10)，包括： 多電平逆變器（40)，所述多電平逆變器（40)包括至少一個(gè)逆變器臂（102)，所述至少 一個(gè)逆變器臂（102)包括多個(gè)電力級（100)，各個(gè)電力級（100)包括： 直流總線電路（130)，所述直流總線電路（130)具有第一直流電路支路（121，131)和第 二直流電路支路（122,132)， 整流器電路（120)，所述整流器電路（120)向所述直流總線電路（130)提供直流電壓， 輸出（104);以及 開關(guān)電路（140)，所述開關(guān)電路（140)能夠根據(jù)開關(guān)控制信號（62)進(jìn)行操作以在所述 輸出（104)處以多個(gè)不同的輸出電壓電平中之一提供輸出電壓，以及 預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路（200)，所述預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路（200)具有連接在所述整 流器電路（120)與所述開關(guān)電路（140)之間的電阻器（206)，所述預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路 (200)操作于第一操作模式(預(yù)充電）以傳導(dǎo)來自所述整流器電路（120)的電流通過所述 電阻器（206)，以對所述直流總線電路（130)的電容器（C)進(jìn)行充電；操作于第二操作模式 (正常）以旁通所述電阻器（206)并且允許電流從所述整流器電路（120)流至所述開關(guān)電路 (140);以及操作于第三操作模式(動(dòng)態(tài)制動(dòng))，以將所述電阻器（206)與所述直流總線電路 (130)的所述電容器（C)并聯(lián)連接， 所述至少一個(gè)逆變器臂（102)的所述輸出（104)彼此串聯(lián)耦接，所述至少一個(gè)逆變器 臂（102)的最后電力級（100)的輸出（104)提供輸出以驅(qū)動(dòng)負(fù)載（50);以及 控制器（60 )，所述控制器（60 )進(jìn)行操作用于提供所述開關(guān)控制信號（62 )以設(shè)定所述 多電平逆變器（40)的所述電力級（100)的各個(gè)輸出電壓電平。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（10)，其中，各個(gè)電力級（100)的所述預(yù)充電和 動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路（200)包括： 第一開關(guān)器件（202)，所述第一開關(guān)器件（202)耦接在所述整流器（120)與所述開關(guān)電 路（140)之間的所述直流總線電路（130)的所述第一電路支路（121，131)中，所述第一開關(guān) 器件（202 )根據(jù)第一控制信號（222 )操作于第一狀態(tài)(斷開）以防止電流直接流過所述整流 器（120)與所述開關(guān)電路（140)之間的所述第一開關(guān)器件（202);以及操作于第二狀態(tài)（閉 合）以允許電流流過所述第一開關(guān)器件（202); 第一二極管（204)，所述第一二極管（204)與所述第一開關(guān)器件（202)并聯(lián)耦接，所述 第一二極管（204)具有連接到所述整流器（120)的陰極和連接到所述開關(guān)電路（140)的陽 極； 第二二極管（208)，所述第二二極管（208)與所述電阻器（206)串聯(lián)耦接，所述電阻器 (206 )在與所述第一開關(guān)器件（202 )并聯(lián)的電路支路中，所述第二二極管（208 )具有連接到 所述電阻器（206)的陽極和連接到所述開關(guān)電路（140)的陰極；以及 電力級控制器（220)，所述電力級控制器（220)提供所述第一控制信號（222)，以選擇 性地將所述第一開關(guān)器件（202)在所述第一操作模式下置于所述第一狀態(tài)，以及將所述第 一開關(guān)器件（202)在所述第二操作模式和所述第三操作模式下置于所述第二狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（10)，其中，各個(gè)電力級（100)的所述預(yù)充電和 動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路（200)包括： 第二開關(guān)器件（210)，所述第二開關(guān)器件（210)耦接在所述第二直流電路支路（122， 132)與第一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)（209)之間，所述第一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)（209)將所述第二二極管（208)與所 述電阻器（206)接合，所述第二開關(guān)器件（210)根據(jù)第二控制信號（224)操作于第一狀態(tài) (斷開)，以防止電流在所述第一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)（209)與所述第二直流電路支路（122,132)之間流 動(dòng)；以及操作于第二狀態(tài)（閉合)，以允許電流在所述第一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)（209)與所述第二直流電 路支路（122,132)之間流動(dòng)； 其中所述電力級控制器（220)提供所述第二控制信號（224)以選擇性地將所述第二開 關(guān)器件（210)在所述第一操作模式和所述第二操作模式下置于所述第一狀態(tài)，以及在所述 預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路（200)處于所述第三操作模式期間的至少一部分時(shí)間內(nèi)將所述第二 開關(guān)器件（210)置于所述第二狀態(tài)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（10)，其中，所述電力級控制器（220)提供所述 第二控制信號（224)，以在所述第三操作模式下脈寬調(diào)制所述第二開關(guān)器件（210)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（10)，其中，所述第二開關(guān)器件（210)是絕緣柵 雙極晶體管IGBT。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（10)，其中，各個(gè)預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路（220) 的操作模式至少部分地根據(jù)所述直流總線電路（130)的直流總線電壓來確定。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（10)，其中，如果相應(yīng)的直流總線電路（130) 的直流總線電壓小于第一閾值（THrc)，則各個(gè)預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路（200)操作于所述第 一操作模式；如果所述直流總線電壓大于第二閾值（TH DB)，則各個(gè)預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路 (200)操作于所述第三操作模式；以及如果所述直流總線電壓在所述第一閾值（TH rc)與所 述第二閾值（THDB)之間，則各個(gè)預(yù)充電和動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路（200)操作于所述第二操作模式(正 常)，所述第二閾值（TH DB)大于所述第一閾值（THrc)。
8. -種用于操作多電平逆變器（40)中的各個(gè)電力級（100)的方法（300)，所述方法 (300)包括： 如果給定電力級（100)的直流總線電壓小于第一閾值（THrc)，則通過電阻器（206)對所 述給定電力級（100)的直流總線電容（C)進(jìn)行預(yù)充電（306);以及 如果所述給定電力級的所述直流總線電壓大于第二閾值（THDB)，則將所述電阻器 (206)與所述直流總線電路（130)的所述電容器（C)并聯(lián)連接（312)，用于動(dòng)態(tài)制動(dòng)由所述 多電平逆變器（40)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載（50)，所述第二閾值（TH DB)大于所述第一閾值（THrc)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法（300)，包括：如果所述直流總線電壓在所述第一閾值 (THrc)與所述第二閾值（TH DB)之間，則旁通（310)所述電阻器（206)，以允許電流從整流器 電路（120 )流至所述給定電力級（100 )的開關(guān)電路（140 )。
【文檔編號】H02M1/36GK104104219SQ201410138168
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月8日
【發(fā)明者】劉晶波, 托馬斯·諾德哈爾 申請人:洛克威爾自動(dòng)控制技術(shù)股份有限公司