具有旋转的级联 h 桥逆变器电平移位脉宽调制的制作方法
【专利摘要】本申请涉及具有旋转的级联H桥逆变器电平移位脉宽调制。给出了用于生成逆变器级开关控制信号的级联H桥逆变器和基于载波的电平移位脉宽调制技术，使用互补载波或互补参考调制技术选择性地移位载波波形电平，以控制THD以及缓解多电平逆变器元件内的电力分配不平衡。
【专利说明】具有旋转的级联H桥逆变器电平移位脉宽调制
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是于2012年4月27日提交的命名为CASCADED H-BRIDGE(CHB) INVERTERLEVEL SHIFT PWM WITH ROTAT1N(具有旋转的级联H桥逆变器电平移位脉宽调制)的美国专利申请号N0.13/458，104的部分继续申请，并且要求其优先权和权益，该申请的全部内容通过引用以其全部内容合并到本文中。
【背景技术】
[0003]电动机驱动器和其它电力转换系统通常接收交流输入电力，并且将其转换成内部直流用于随后将其转换成用于驱动电动机或其它负载的交流输出电力。多电平逆变器有时用于电动机驱动器中以生成高电压驱动信号并且向高电力应用中的电动机提供高电压驱动信号。一种形式的多电平逆变器是级联H桥(CHB)逆变器架构，其利用多个串联连接的H桥逆变器用于驱动每个电动机绕组相。每个H桥由不同的直流源供电，并且由开关信号驱动以生成正或负输出电压，多个H桥级的串联组合提供用于驱动负载的多电平逆变器输出能力。各种调制技术可以用于生成CHB开关信号，如相移脉宽调制(PS PWM)和电平移位脉宽调制(LS PWM)。在任何电力转换系统中，减少总谐波失真(THD)是重要的设计目标。因此，电平移位PWM通常用于在用于电动机驱动应用的多电平电压源中压逆变器中生成CHB开关信号，因为这提供比相移PWM较好的输出线电压THD，并且不生成与PS PWM相关联的某些另外的dv/dt问题。然而，由于不均匀的电力分配，对于高电力转换器LS PWM具有某些缺点，并且该技术可以导致增加的输入电流谐波。具体地，各个输入整流器不均匀地被载荷，尤其在装置开关频率不等于载波频率且对于所有开关不相同的较低的输出调制指数处。因此，仍然需要改进的基于载波的脉宽调制技术和多电平逆变器用于驱动电动机和其它负载。
【发明内容】
[0004]现在对本公开内容的各个方面进行概述以便于基本理解本公开内容，其中该概述不是本公开内容的广泛的概述，不意在识别本公开内容的一些元件，也不描绘其范围。相反，该概述的基本目的是在下文给出的更详细的描述之前以简化的形式给出本公开内容的各种概念。
[0005]给出了用于生成逆变器级开关控制信号的级联H桥逆变器和基于载波的电平移位脉宽调制技术，通过易于实现载波旋转来便于均匀的电力分布和串联连接的蓄电池中的良好平衡，连同甚至对于低的调制指数操作的有利的输出电压和电流总谐波分布(THD)和良好的输入电流THD，使用互补的载波或互补参考调制技术选择性地移位载波波形电平以控制THD以及缓解多电平逆变器元件内的电力分配不平衡。可以在电动机驱动器或其它形式的电力转换系统的单相或多相多电平逆变器中有利地利用本公开内容的各种概念。公开了用于控制CHB或具有串联连接的逆变器级的其它多电平逆变器的电平移位PWM开关方法，可以与i电平逆变器相关联地利用该方法，其中，“i”大于7，其中根据重复的电平移位模式选择性地调整或移位载波电平。
[0006]阐述了包括锯齿载波模式以及三角模式的示例性电平移位模式。可以使用任何载波形状和载波频率(周期)进行脉宽调制载波的电平移位，可以使用任意整数的电平增加用于移位的各种实现，并且可以在暂停或不暂停的情况下每载波周期或每个整数个载波周期进行移位。
[0007]根据本公开内容的一个或更多个方面，提供了包括多电平逆变器和控制器的电力转换系统。在一些实施方式中，提供了单相电源，但对于每个输出相提供多电平逆变器的多相电源实施方式也是可以的。多电平逆变器包括整数N个逆变器级，其中N大于3，具有开关装置的每个级能够操作用于根据相应的控制信号生成至少两个离散的电平中的一个电平的级输出电压，并且多个级的输出以串联连接的方式级联。在一些实施方式中，逆变器级是具有耦接在相应的直流源与级输出端之间的四个开关的H桥电路。控制器使用例如生成电压波形信号的模拟电路系统或创建数字波形值的数字处理器生成N个载波波形，每个载波波形处于一对互补参考信号或值的预期范围内的多个非交叠的幅度电平中的不同的幅度电平。此外，载波波形组包括每个逆变器级的单个载波波形，载波波形具有基本上相等的周期。另外，控制器根据重复的电平移位模式每整数M个波形周期移位载波波形信号或值中的至少两个的幅度电平，其中M大于O。
[0008]其中可以使用任何适当类型或形状的波形诸如例如周期性三角载波的各种实施方式是可以的。此外，可以选择性地移位两个或更多个载波波形中的任意数量，以及在一些实施方式中，根据电平移位模式通过控制器每M个周期移位所有载波，在某些电平处具有可选的暂停。在一些实施方式，M大于I,而并非每载波周期移位电平。此外,在一些实施方式中，可以根据模式每M个波形周期将各个载波波形移位至少两个载波波形。
[0009]根据本公开内容的另外的方面，提供了多电平逆变器开关控制信号生成方法以及具有用于执行这样的方法的计算机可执行指令的计算机可读介质。该方法包括:生成一组N个载波波形，在各种实施方式中载波波形可以是信号或值的形式，波形组包括多电平逆变器的每个级的单个载波，并且每个载波波形处于不同的幅度电平。这些方法还包括:基于给定的逆变器级的载波波形与一对互补参考信号或值的比较向多电平逆变器提供开关控制信号。在一些实施方式中，根据重复的电平移位模式(具有或不具有可选的暂停)每整数M个波形周期移位载波波形中的至少两个的幅度电平。在各种实现中，M可以大于1，并且在一些实施方式中，可以每M个载波周期移位所有载波。此外,在一些实施方式中,可以移位两个或更多个幅度电平。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]下面的描述和附图详细阐述了本公开内容的一些说明性的实现，这些说明性的实现表示可以以其执行本公开内容的各种原理的若干示例性方式。然而，所示出的示例不是本公开内容的很多可能的实施方式的穷举。在结合附图考虑的下面的详细描述中可以阐述本公开内容的其它目标、优点和新颖特征，在附图中:
[0011]图1是示出了根据本公开内容的一个或更多个方面的具有根据电平移位模式向CHB逆变器级提供开关控制信号的控制器的、示例性的基于三相十三电平CHB逆变器的电动机驱动器的示意图；
[0012]图2是示出了图1的电力转换器中的具有耦接至次级变压器的三相整流器的示例性H桥逆变器级的另外的细节连同电平移位模式和通过将第一和第二载波波形信号或值与参考信号或值进行比较用于生成逆变器控制信号的控制器中的比较电路或逻辑的示意图；
[0013]图3是示出了驱动图1的电力转换器中的三相电动机的相中的一个相的6个级联H桥逆变器级的载波波形比较电路系统或逻辑的示意图；
[0014]图4是示出了根据本公开内容的另外的方面的用于生成多电平逆变器开关控制信号的示例性方法的流程图；
[0015]图5A至图5F是示出了图1的CHB逆变器的一个相中的6对载波波形的示例性锯齿反相布置(POD)电平移位模式的曲线；
[0016]图6是示出了图1的CHB逆变器中的一对示例性载波波形的示例性锯齿同相布置(IPD)的曲线；
[0017]图7是示出了图1的CHB逆变器中的一对示例性载波波形的示例性三角IPD电平移位模式的曲线；
[0018]图8是示出了图1的逆变器中的一对示例性载波波形的示例性三角POD电平移位模式的曲线；
[0019]图9是示出了根据图8的三角POD电平移位模式移位的载波波形对连同图1的逆变器的相应的电压参考信号或值的曲线；
[0020]图10是示出了使用图8和图9的电平移位的载波波形对所生成的H桥逆变器级的开关装置的示例性开关控制信号的曲线；
[0021]图1lA至图1lF是示出了在图1的逆变器中每载波周期移动每个载波两个幅度电平的六对载波波形的另一示例性锯齿POD电平移位模式的曲线；
[0022]图12A至图12F是示出了在图1的逆变器中每两个载波周期移动每个载波单个幅度电平的六对载波波形的另一示例性锯齿POD电平移位模式的曲线；
[0023]图13A至图13F是示出了在图1的逆变器中每两个载波周期移动每个载波两个幅度电平的六对载波波形对的另一示例性锯齿POD电平移位模式的曲线；
[0024]图14是示出了使用电平移位模式和在控制器中使用一对互补的(相反的)参考和单个载波用于逆变器控制信息生成的互补参考正弦三角调制的比较电路系统的替选的H桥逆变器级实现的示意图；
[0025]图15是示出了使用互补参考和每个级的单个载波驱动图1的电力转换器中的三相电动机的一相的六个级联的H桥逆变器级的载波波形比较电路系统或逻辑的示意图；
[0026]图16是示出了根据本公开内容的另外的方法使用互补参考和每个逆变器级的单个载波用于生成多电平逆变器开关控制信号的示例性方法的流程图；
[0027]图17A至图17F是示出了使用图1的电力转换器中的互补参考正弦调制的图1的CHB逆变器的一相的六个载波波形的示例性锯齿电平移位模式的曲线；
[0028]图18是示出了使用图1的CHB逆变器中的互补参考正弦三角调制的一个示例性载波波形的示例性锯齿电平移位模式的曲线；
[0029]图19是示出了使用图1的CHB逆变器中的互补参考正弦三角调制的一个示例性载波波形的示例性三角电平移位模式的曲线；
[0030]图20是示出了图1的逆变器中的互补参考正弦三角调制的一个示例性载波波形的示例性三角电平移位模式的曲线；
[0031]图21是示出了根据图20的三角电平移位模式移位的载波波形连同图1的逆变器中的互补参考正弦三角调制的相应的电压参考信号或值的互补对的曲线；
[0032]图22是示出了使用图20和图21的电平移位的载波波形所生成的H桥逆变级的开关装置的示例性开关控制信号的曲线；
[0033]图23A至23F是示出了在图1的逆变器中每互补参考正弦三角调制的载波周期移位每个载波两个幅度电平的六个载波波形的另一示例性锯齿电平移位模式的曲线；
[0034]图24A至24F是示出了在图1的逆变器中每互补参考正弦三角调制的两个载波周期移位每个载波单个幅度电平的六个载波波形的又一示例性锯齿电平移位模式的曲线；以及
[0035]图25A至25F是示出了在图1的逆变器中每互补参考正弦三角调制的两个载波周期移位每个载波两个幅度电平的六个载波波形的另一示例性锯齿电平移位模式的曲线。
【具体实施方式】
[0036]现在参照附图，在下文中结合图对一些实施方式或实现进行描述，其中，贯穿附图相同的附图标记用于指代相同的元件，以及其中，各种特征并不一定按比例绘出。
[0037]图1示出了具有多个对于三相中的每个相串联连接的逆变器级42的示例性十三电平CHB电力转换系统10。图2至图13F示出了在系统10中利用的使用一对互补载波43、45和单个参考47用于每个逆变器级42的正弦三角类型调制的示例性电平移位PWM技术，以及图14至图25F示出了系统10中的使用互补参考类型脉宽调制技术的电平移位PWM技术。
[0038]最初参照图1至图3，根据本公开内容的一个或更多个方面，示出了示例性的基于十三电平CHB逆变器的电动机驱动器电力转换系统10，其包括三相多电平逆变器40和基于电平移位模式50向各个CHB逆变器级42提供开关控制信号49的控制器48。尽管在对于三个电动机负载相U、V、W中的每个具有六个逆变器级42的多相十三电平逆变器40的背景下示出，但是可以与单相或多相相关联地实现本公开内容的各个方面，多电平逆变器具有任何整数“N”个逆变器级42，其中，N大于3(例如，9电平或更多电平逆变器)。另外，尽管所示出的实施方式利用被级联以形成电动机驱动系统10的每个相的多电平逆变器40的H桥级42，但是也可以使用逆变器级42的其它类型和形式，例如具有开关电路的级，开关电路具有多于或少于四个开关装置，其中，本公开内容的更广泛的方面在范围方面不限于示出的实施方式。
[0039]如在图1中最佳看到的，电动机驱动器电力转换系统10包括相移变压器30，其具有从交流电源20接收三相电力的多相初级绕组32(所示出的实施方式中的△配置)。变压器30包括18个三相次级绕组34，包括六组三个Λ配置的三相次级绕组34，每组处于不同的相位关系。尽管在所示出的示例中初级绕组32和次级绕组34被配置为Λ绕组，但是可替代地，可以使用“Y”连接的初级绕组和/或次级绕组。另外，尽管变压器具有三相初级绕组32和次级绕组34，但是可以使用其它单相或多相实现。耦接三相次级绕组34中的每个以提供交流电力来驱动三相多电平逆变器40的相应的逆变器级42的三相整流器。
[0040]如图所示，多电平逆变器40包括18个逆变器级42，每个连接至变压器30的相应的次级绕组34。逆变器40是具有6个级联H桥逆变器级42U-1至42U-6的13电平逆变器，其在电动机驱动器中性点N与三相电动机负载60的第一绕组U之间具有彼此串联连接的(级联的)输出端41U-1至41U-6。类似地，6个逆变器级42V-1至42V-6在中性点N与第二绕组V之间提供串联连接的电压输出端41V-1至41V-6，以及6个逆变器级42W-1至42W-6在中性点N与电动机60的第三绕组W之间提供串联连接的电压输出端41W-1至41W-6。逆变器级42根据来自控制器48的多个开关控制信号49能够单独地操作。具体地，控制器48向与第一电动机绕组U相关联的逆变器级42U-1至42U-6提供控制信号49U，也向逆变器级42V-1至42V-6提供控制信号49V和向逆变器级42W-1至42W-6提供控制信号49W。
[0041]也参照图2和图3，控制器48可以使用任何适当的硬件、处理器执行的软件或固件、或其组合来实现，其中，控制器48的示例性实施方式包括一个或更多个处理元件如微处理器、微控制器、DSP、可编程逻辑等，连同电子存储器、程序存储器和信号调节驱动器电路系统，处理元件被编程或以其它方式被配置成生成适于操作逆变器级42的开关装置的信号49。
[0042]图2示出了示例性H桥逆变器级42，其具有形成三相整流器的板载整流器二极管Dl至D6，三相整流器从相应的变压器次级绕组34接收三相交流电力，并且将直流电容器C两端的直流电力作为输入提供给由被配置在“H”桥电路中的四个开关装置SI至S4形成的H桥逆变器。尽管所示出的逆变器级42每个包括由来自相应的变压器次级绕组34的交流输入驱动的整流器电路系统，但是可以根据本公开内容将适当形式的直流输入提供至逆变器级42，并且逆变器级42可以但不一定包括板载整流电路系统。另外，可以在具有被配置成在至少两个不同的级的级输出端41处选择性地提供电压的至少两个开关装置S的各个级42中使用任何适当的开关电路配置。此外，可以在逆变器级42中使用任何适当类型的开关装置S，包括但不限于基于半导体的开关如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、硅可控整流器(SCR)、栅极关断晶闸管(GTO)、集成栅极换流晶闸管(IGCT)等。
[0043]所示出的四开关H桥实现(图2)有利地使得能够通过控制器48生成选择性的开关控制信号以在输出端41处以受控方式提供至少两个不同的电压电平。例如，当开关装置SI和S4接通(导通)而其它装置S2和S3关断(不导通)时，在基本上等于电容器C两端的直流总线电压VDC( + VDC)的正直流电平的输出端子41A和41B处提供正电压。将开关S2和S3接通而将SI和S4关断产生被施加在输出端41处的负电压(-VDC)。上面的开关SI和S3接通而S2和S4关断(或开关SI和S3关断而S2和S4接通)，级42的输出单元为0V。因此，示例性H桥逆变器级42有利地使得能够选择三个不同的输出电压，并且6个这样的级的级联配置(例如，图1和图3)使得能够通过控制器48选择性地生成开关控制信号以实现13个不同的电压电平来应用于相应的电动机相。应当指出的是，可以使用其它可能的开关电路系统来对于各个级42实现2、3或K个电平可选择的输出端，其中K是大于I的整数。
[0044]图2示出了用于向给定的逆变器级42提供开关控制信号49的控制器48中的比较逻辑或电路系统的一个可能实现，其中，控制器48也可以包括信号电平放大和/或驱动器电路系统(未示出)以提供足以选择性地致动开关装置SI至S4的适当的驱动电压和/或电流电平。在这一点上，控制器48对于电动机相U、V、W中的每个相生成一组12个载波波形(或可以使用单个一组12个载波用于所有三个相)，对应于每个级42的一对载波43、45包括第一载波43 (载波+)和第二载波45 (载波-)。各个载波43、45可以生成为电压信号波形和/或可以是使用控制器48中的处理器数字地生成的数字波形值。此外，载波波形信号或值43、45单独地定义具有波形周期P的周期性载波波形，在一些实施方式中，波形组的波形周期基本上相等。此外，在整个组中波形43、45优选地具有相同的形状，尽管这不是本公开内容的所有实施方式的严格的要求。另外，可以使用任何适当的波形形状例如如图所示且下文将进一步描述的三角波形43、45，或其它形状例如锯齿波形、正弦波等(未示出)。
[0045]在示出的示例中，控制器48向开关装置SI至S4中的每个提供单独的开关控制信号49，尽管在一些实施方式中可以将某些开关控制信号组合或定形。控制器48基于与每个给定逆变器级42相关联的第一载波波形信号或值43和第二载波波形信号或值45与参考信号或值47的比较生成开关控制信号49。在示出的实施方式中，对于电动机60的每个电动机相U、V、W使用不同的参考信号或值47，如与期望的(例如，设定点)值对应的参考电压，在该期望的值处相应的电动机相由电动机驱动器10驱动。此外，在图2的实施方式中，提供比较器44和46，其将参考信号或值47分别与正载波波形信号或值43和负载波波形信号或值45进行比较。
[0046]在该实现中，当参考47大于正载波43时，比较器44接通开关SI，并且通过逆变器44a关断逆变器级42的开关S2。在该实施方式中，负载波45以信号或值的形式具有负的轮廓，并且当参考47低于负载波45时，通过逆变器46a接通开关S3并且关断开关S4。以这种方式，当开关S2和S3每图2中的表格接通时，相应的逆变器级42的输出试图降低被施加到相应的电动机相的电压，从而也便于跟踪参考47。此外，当参考47处于正载波43与负载波45之间时，在相应的逆变器级42中开关S2和S4接通。在这种条件下，相应的逆变器级42不将来自相应的电动机相的净逆变器输出端的电压与由该相的级联配置中的其它逆变器级42的选择性的开关控制的相位电压相加或减去。
[0047]也参照图3，类似地，控制器48以受控的方式实现与串联连接的逆变器级42中的每个对应的比较方案，以便使得电动机相U、V、W中的每个的相应的输出电压跟踪它们的相应参考信号或值47。图3示出了驱动图1的电力转换器10中的电动机相位U的6个级联H桥逆变器级42U-1至42U-6的控制器48中的载波波形比较电路系统或逻辑43、44、45、46、47。注意，图2和图3中的比较器44和46是示意性表示，并且如果参考47以及载波43和45被实现为模拟信号(例如，电压信号)，则可以使用实际的硬件比较器44和46。可替代地，如果控制器48实现数字脉宽调制，则参考47和载波波形43和45可以实现为值，并且比较器44和46的功能可以实现为处理器执行的软件或固件、可编程的逻辑等。
[0048]也参照图3、图4和图5A至图5F，控制器48根据图4中示出的示例性处理70生成用于逆变器40的逆变器级42的开关控制信号49，其中根据重复的电平移位模式50来移位载波波形43、45中的至少两个的幅度电平L。在一些实施方式中，控制器48包括被编程成根据来自非暂态计算机可读介质如具有用于执行本文中所描述的处理和控制器功能的计算机可执行指令的计算机存储器、电力转换控制系统(例如，控制器48)内的存储，CD-ROM、软盘、闪速驱动器、数据库、服务器、计算机等的计算机可执行指令来执行本文中所阐述的处理70和其它功能的至少一个处理器。尽管以一系列动作或事件的形式描绘和描述了示例性方法70，但是应当理解的是，本公开内容的各种方法不限于除了本文中具体阐述的这样的动作或事件的示出的顺序。在这一点上，除了下文中具体提供的，一些动作或事件可以以不同的顺序出现和/或与本文中示出和描述的这些不同的其它动作或事件同时出现，并不要求所有示出的步骤来根据本公开内容实现处理或方法。示出的方法可以以硬件、处理器执行的软件或其组合来实现，以便提供本文中所公开的载波波形幅度电平移位旋转概念。
[0049]在示出的系统10中，控制器48根据移位模式50每整数M个波形周期P移位载波波形信号或值43、45中的两个或更多个的幅度电平L。应当指出的是，这样的模式50可以可选地包括暂停周期，在暂停周期中一个或更多个载波周期在移位之前的模式暂停在重复的整个模式中重新开始，其中，在本文中这样的实现也称作每M个波形周期移位幅度电平(例如，下面的图7和图8)。在不希望受困于任何特定理论的情况下，应当相信的是，通过控制器48的该受控的旋转的电平移位或电平调节便于低的输出线电压总谐波分布(THD)和低的输入电压和电流THD，同时缓解级联逆变器级42中的不均匀的电力分布。
[0050]如在图4中看到的，对于在72处开始的每个新的载波周期P，在74处生成一组2N个(例如，示出的示例中的12个)载波波形(信号或值或其组合)，其中，该组包括每个逆变器级42的第一载波波形43和第二载波波形45，在每个载波波形周期P中每个载波波形43、45被设置成不同的幅度电平L。
[0051]图5A至图5F中的曲线100、110、120、130、140和150分别示出了六对载波波形的示例性锯齿POD电平移位模式:提供至比较器44-U1&46-U1用于创建用于操作图3的十三电平CHB逆变器的电动机相U的第一级联的逆变器级42-U1的开关控制信号49-U1的CR1+&CR1-(43_U1&45-U1);提供至比较器44-U2&46-U2用于创建第二逆变器级
44-U2的开关控制信号 49-U2 的 CR2+&CR2-(43-U2&45-U2);提供至比较器 44-U3&46-U3用于创建逆变器级42-U3的开关控制信号49-U3的CR3+&CR3-(43-U3&45-U3)；提供至比较器44-U4&46-U4用于生成逆变器级42-U4的开关控制信号49-U4的CR4+&CR4-(43-U4&45-U4);提供至比较器44-U5&46-U5用于生成逆变器级42-U5的开关控制信号49-U5的CR5+&CR5-(43-U5&45-U5)；以及提供至比较器44-U6&46-U6用于生成用于操作第六逆变器级42-U6的开关控制信号49-U6的CR6+&CR6-(43-U6&45-U6)。
[0052]控制器48在图4的74处生成一组载波波形43、45 (图3)，使得每个载波处于不同的幅度电平L，载波组43、45的幅度电平每个在参考信号或值47的预期幅度范围AR内。图3的十三电平示例中的载波组包括第一电动机相U的12个载波波形(六个正载波43-U1、43-U2、43-U3、43-U4、43-U5、43-U6，以及六个负载波 45-Ul、45-U2、45-U3、45-U4、45_U5、
45-U6)。如在图5A至图5F中可以看到的，例如，控制器48对于每个载波波形周期P生成载波组43、45，使得每个载波43、45处于参考信号或值47的预期幅度范围AR内的多个非交叠幅度电平 L6_、L5_、L4_、L3_、L2-、L1-、LI+、L2+、L3+、L4+、L5+、L6+ 中的不同的幅度电平。此外,在示出的示例处,一半幅度电平LI+、L2+、L3+、L4+、L5+、L6+在参考信号范围AR的第一(例如，正的或上面的)子范围SRl内，而剩余的电平1^6-、1^5-、1^4-、1^3-、1^2-、1^1-在范围AR的第二(例如，负的或下面的)子范围SR2中。在该实现中，尽管未严格要求本公开内容的所有实施方式，但是每个逆变器级42的第一载波43在第一子范围SRl中，而每个给定的逆变器42的第二载波45在第二字范围SR2中。此外，在示出的实现中，电平L是非交叠的，并且优选地覆盖范围AR内的每个可能的幅度电平，本文中所示出和描述的电平移位模式50确定在每个载波循环或周期P期间在每个示出的幅度电平L中提供载波43、45，尽管这些另外的条件不严格要求本公开内容的所有实施方式。
[0053]在图4中的76处，对于每个逆变器级42生成的一组载波43、45，控制器48提供开关控制信号49，给定的逆变器级42的信号49基于该特定级42的第一和第二载波波形信号或值43、45与相应的电动机相的参考信号或值47的比较，例如，如上面使用实现图2和图3中所示的比较器44、46的功能的硬件和/或处理器执行的固件/软件所描述的。
[0054]在图4中的78处确定对于下一个载波周期是否进行移位(例如，自从最后一个电平移位出现了整数M个载波周期，M大于O)。如果确定不对下一个载波周期进行移位(78处否)，控制器如上所示在74和76处生成下一个载波循环或周期的载波波形和开关控制信号。否则(78处是)，控制器48根据重复的电平移位模式50在80处对下一个载波波形周期P的载波波形信号或值43、45的至少两个的幅度电平L进行移位。在给定选择模式50下在一个或更多个点处使用暂停的其它实施方式是可以的(例如，参见下面的图7和图8)。
[0055]参照图5A至图5F，在一些实施方式中，电平移位模式50是反相布置(POD)或同相布置(IPD)电平移位模式50，并且可以使用其它类型和配置的移位模式50。图5A至图5F中的模式50是其中正和负(第一和第二)载波43和45分别在子范围SRl和SR2中的锯齿POD电平移位示例。在该示例中，图5A示出了用于生成第一逆变器级42-U1的开关控制信号49-U1的载波波形CRl+和CRl-的幅度电平位置，其在第一示出的载波循环Pl期间占据时段LI+和L1-，然后在每个后续载波周期移位一个位置。在该模式50中，CRl+和CRl-每个的相应非幅度电平位置形成“锯齿”模式，CRl+分别在载波循环周期P2、P3、P4、P5和P6中移位至位置16+、1^5+、1^4+、1^3+、1^2+，之后模式重复。然而，CRl+和CRl-对于图5A至图5F中的模式50彼此位于“反相(phase-opposit1n) ”或“反相(phase-opposite) ”布置中，CRl-通过与CRl相反方向的移位来斜变。在这一点上，CRl-载波循环周期P2、P3、P4、P5和P6中在子范围SR2内移位至位置L6-、L5-、L4-、L3-、L2-。对于其它载波波形对同样适用:CR2+&CR2-(与第二级联逆变器级42-U2相关联，图5B) ;CR3+&CR3_ (逆变器级42-U3，图5C) ；CR4+&CR4-(逆变器级 42-U4，图 5D) ；CR5+&CR5-(级 42-U5，图 5E);以及 CR6+&CR6-(级42-U6，图5F)，位置相互偏移，使得在载波波形的每个周期或循环P中占据每个幅度电平L。
[0056]注意，在这些示例以及下面将讨论的另外的示例中，载波波形43、45利用三角波形。然而，可以使用任何形式或形状的载波波形，并且由控制器48生成的给定集合的波形43、45可以但不一定具有相同形状，但可以但不一定相互同相。另外，尽管示出的示例包括与每个各个的逆变器级42相关联的第一和第二载波波形，该逆变器级42的一个载波在第一(例如，正的)子范围SRl中，而该逆变器级42的其它载波在第二(例如，负的)子范围SR2中，其中与给定逆变器级42相关的载波波形可以在给定载波波形循环P或在所有载波波形循环P中在相同子范围SRl或SR2内的其它实施方式也是可以的。
[0057]图6提供了示出了一个载波波形示例性对CR1+&CR1_(上面图3的示例中的43-U1和45-U1)的示例性锯齿同相布置(IPD)电平移位的曲线200。在该实现中，对于其它载波波形对(未示出)提供类似移位的幅度电平波形模式，幅度电平相互偏移使得在载波波形43,45的每个周期或循环P中占据每个幅度电平L。在这种情况下，类似于上面的图5A至图5F的那些，对于每个载波43、45在每个后续的波形周期P中移位幅度电平L 一个增加的电平。从而，如在图6中所示，载波CRl+(图3中的43-U1)在第一示出的波形循环Pl中位于幅度电平LI+，而之后分别在后续载波循环周期P2、P3、P4、P5和P6中由控制器移位到位置1^6+、1^5+、1^4+、1^3+、1^2+，之后重复模式。然而，与图5A至图5F的POD示例不同，图6中的IK)模式保持第一和第二载波CR1+&CR1-(43_U1和45-U1)之间的恒定距离，CRl-在周期Pl中位于电平L6-处，之后分别在后续的载波循环周期P2、P3、P4、P5和P6中在子范围SR2内斜变到位置L1-、L2-、L3-、L4-、L5-。以这种方式，载波CRl+和CRl-彼此同相，因此该示例是IPD模式。
[0058]在图7的曲线300中示出了另一 IB)示例，此时通过在具有暂停的每个周期P中连续移位载波波形43和45提供三角模式。再次关于第一载波波形对CRl+和CRl-示出了该示例，并且类似的模式应用于其它载波对(未示出)，在每个载波波形周期P中由一个载波占据每个幅度电平L。如图7中所示，在第一和第二示出的载波循环Pl和P2期间，第一载波CRl+位于电平LL6+，而第二载波CRl-处于电平L1-处。从这里，CRl+随后在P3移位至位置L5+，在P4移位至位置L4+、在P5移位至位置L3+、在P6移位至位置L2+，并且对于载波周期P7和P8保持在电平LI+。之后，图7中的三角模式将CRl+在周期P9向上移位至电平L2+，在周期PlO向上移位至电平L3+，在周期PlI向上移位至电平L4+，在周期P12向上移位至电平L5+，然后对于两个周期P13和P14保持在顶部电平LI+。如图7中所示，在后续的周期P (例如，Pl至P7)将每个载波下移一个电平L，然后每个周期P (P8至P13)反向上移一个电平L。从而，图7中的电平移位模式50是三角形。此外,该模式50也在每个逆变器级42的第一和第二载波CR1+&CR1-之间保持恒定距离，从而是同相布置(IB))电平移位模式。
[0059]应当指出，在图7的曲线300中，当重复模式时，对于两个连续的周期(P1&P2;P7&P8 ；P13&P14 ;等)载波CRl+和CRl-保持在结束电平L6+、L1+、L1-和L6-处，并且在这样的暂停周期(图中的虚线所圈住的部分)，相应地移动该集合的其它载波中的至少两个，使得在每个周期P期间由载波波形43、45中的一个占据所有电平L。在其它三角模式实施方式中，载波对CRl+和CRl-可以对于多于一个波形周期P保持在一个或更多个不同的电平L处。此外，对于载波43、45中的任一个不进行暂停的另外的其它实施方式也是可以的。
[0060]现在参照图8至图10，图8示出了曲线400，曲线400示出了三角POD电平移位模式实施方式50 (如在上面的图7的示例中在圈住部分处暂停)。在这种情况下，类似于图7的示例，第一和第二载波CRl+和CRl-均以一个幅度电平L的增加上移(斜升)然后下移(斜降)，在结束电平处暂停。然而，在该示例中每个载波对43、45中的载波相互是反相(phase-opposite)或反相(phase-opposit1n)布置关系(P0D)。图 9 中的曲线 410 示出了根据图8的三角POD电平移位模式随时间移位载波波形对连同图1至图3的CHB逆变器40的操作中的相应的电压参考信号或值47。图10中的曲线420示出了使用图8和图9的一对电平移位的载波波形43、45所生成的相应的H桥逆变器级42的开关装置SI和S3的示例性开关控制信号49。
[0061 ] 具体地，与生成多电平级联H桥逆变器的开关控制信号中的相移PWM技术相比，比较仿真结果表示具有旋转的电平移位模式50的上面的电平移位PWM技术提供了若干益处。对于上面示出的十三电平系统10，例如，与相移PWM相比，使用这些技术实现了改进的输出电压THD。对于100%输出负载处的电动机驱动器10，相移PWM技术在1.0pu的速度下产生8%的THD，然而不具有旋转的模式的LS PWM产生5%的THD。在较低的速度下，0.2pu处的仿真结果示出了相移PWM的28%的THD而不具有旋转的电平移位PWM的20%的THD。
[0062]另外，与不具有旋转的电平移位PWM相比，所公开的技术也提供蓄电池之间的显著改进的电压平衡。具有调制指数I的上述十三电平实施方式的仿真结果示出了:与使用不具有旋转的电平移位PWM相比，当使用三角POD实施方式(例如，上面图8至图10)时，最高和最低逆变器级(例如，上面图1和图3的42-U1和42-U6)的直流链路电压中的显著下降。
[0063]从而，上述实施方式便于所有逆变器级42的装置的相同开关频率，然而，不具有旋转的电平移位PWM产生不同的装置开关频率。另外，实施方式便于级42之间的均匀的电力分布，这是不具有旋转的电平移位的明显的缺点，并且使用关于相移PWM的所公开的概念且与不具有旋转的电平移位PWM相比，改进了额定速度处的整流器输入电流THD，并且比额定速率的20%处的不具有旋转的电平移位PWM较好。此外，仿真结果示出了:使用本公开内容的概念，整流器输入电流低阶谐波具有很低的幅度，然而，不具有旋转的电平移位PWM产生较高的第五和第七阶谐波。另外，这些技术在额定速率处提供良好的输出线电压THD，以及在额定速度的20%处与不具有旋转的电平移位PWM对称的性能(均好于相移PWM技术)。
[0064]现参照图1lA至图13F，在其它实施方式中，电平移位可以在时间上扩展，其中，整数M大于I，和/或控制器48可以实现电平移位模式50，通过该电平移位模式50每M个波形周期P各个载波波形信号或值43和45的幅度电平L可以移位至少两个幅度电流L。图1lA至图1lF示出了曲线600、610、620、630、640和650，这些曲线示出了六对载波波形43、45的另一示例性锯齿POD电平移位模式。在该实施方式中，每个载波43、45每载波周期P移位两个幅度电平。图12A至图12F提供了曲线700、710、720、730、740和750，这些曲线示出了每个载波43、45每两个载波周期P移动单个幅度电平L的另一示例性锯齿POD电平移位模式50。图13A至图13F中的曲线800、810、820、830、840和850示出了锯齿POD电平移位模式50每两个载波周期P移动每个载波43、45两个幅度电平L的这两个方面的组合。
[0065]现在参照图14至图25F，图14示出了其中逆变器级42经由控制器48设置有具有调制控制信号49的单元的替选H桥逆变器级实现，其使用控制器48中的一对互补的(相反的)参考和单个载波实现具有电平移位模式的互补的或相反的参考正弦三角调制方法。
[0066]图14示出了具有用于向给定逆变器级42提供开关控制信号49的比较逻辑或电路系统44、46的控制器48的另一实现,在这种情况下,分别使用一对第一和第二互补的或相反的参考47a和47b来实现单个载波43的互补的或相反的参考调制。可以将相关联的级42的载波43生成为电压信号波形和/或可以是使用控制器48中的处理器数字地生成的数字波形值，并且限定了具有波形周期P的周期载波波形，在一些实施方式中，波形集合的波形周期基本上相等。至于图2至图13F的上述互补的载波配置，在图14至图25F的实施方式中每个级的单个载波波形43在整个集合中优选地具有相同的形状，尽管这不是所有实施方式的严格要求。另外，可以使用任何适当波形形状如下文中将进一步示出和描述的三角波形43或其它形状如锯齿波形、正弦波形等(未示出)。在该实现中，当正参考47a大于载波43时，比较器44接通开关SI，然后通过逆变器44a关断逆变器级42的开关S2，并且当参考47a低于载波43时，比较器44接通SI而关断S2。当逆参考47b高于载波43时，接通开关S3而通过逆变器46a关断S4。在图14的每个表格中，当S2和S3接通时，逆变器级输出端试图降低施加到相应的电动机相的电压，而当SI和S4接通时，增加施加到相应的电动机相的电压。在该实施方式中，如图15所示，控制器48实现与串联连接的逆变器级42中的每个对应的相似的比较方案，以使电动机相U、V和W中的每个的相应的输出电压跟踪它们的相应的参考信号或值47。
[0067]如图16和图17A至图17F中所示，控制器48根据示例性处理90 (图16)生成逆变器40的逆变器级42的开关控制信号49，其中根据移位模式50每整数M个波形周期P移位载波波形43中的至少两个的幅度电平L，其中模式50可选地包括在重复的总模式中的移位开始之前一个或更多个载波周期的暂停周期，在本文中被称作为每M个波形周期移位幅度电平(例如，下面的图19和图20)。在图16中在91处开始每个新的载波周期P，其中，在92处生成N个(例如，在示出的示例中6个)载波波形(信号或值或其组合)的集合，包括每个逆变器42的单个载波波形43，每个载波波形组在每个载波波形周期P中处于不同的幅度电平L。
[0068]在图17A至图17F中的6个载波波形的曲线900、910、920、930、940和950中示出了锯齿电平移位模式的示例，包括被提供至比较器44-U1&46-U1用于创建操作图15的十三电平CHB逆变器的电动机相U的第一级联逆变器级42-U1的开关控制信号49-U1的CRl (图17A;图15中的43-U1)。类似地，图17B至图17F示出了用于生成操作逆变器级42-U1至42-U6的开关控制信号49-U6的载波波形集合中的其余载波波形包括CR2至CR6，其中每个载波处于不同的幅度电平L处。载波组43的幅度电平每个在参考47a和47b的预期幅度范围AR内，电平LI至L6是非交叠的，并且优选地覆盖范围AR内的每个可能的幅度电平，以确保在每个载波周期P期间在每个电平L中提供载波43，尽管不严格要求本公开内容的所有实施方式。
[0069]在图16中的93处，控制器48使用对于每个逆变器级42生成的载波43提供开关控制信号49，其中给定逆变器级42的信号49基于例如如上所述使用实现图14和图15中所示的比较器44、46的功能的硬件和/或处理器执行的固件/软件进行的、相应的载波波形信号或值43与相应的电动机相的第一和第二参考信号或值47a和47b之间的比较。在图16中的94处确定对于下一个载波周期是否进行移位(例如，自从最后一个电平移位出现了整数M个载波周期，其中，M大于O)。如果确定对于下一个载波周期不进行移位(94处否)，则控制器在上述92和93处对于下一个载波循环或周期生成载波波形和开关控制信号。否则(94处是)，控制器48根据重复的电平移位模式50在95处对下一个载波波形周期P的载波波形信号或值43的至少两个的幅度电平L进行移位。在给定选择模式50下在一个或更多个点处使用暂停的其它实施方式是可以的(例如，参见下面的图19和图20)。
[0070]图18示出了曲线1000，该曲线1000示出了一个示例性载波波形CRl的示例性锯齿电平移位模式，并且在该实现中对于其它载波波形(未示出)提供类似移位的幅度电平波形模式，幅度电平相互偏移使得在载波波形43的每个周期P中占据每个幅度电平L。在这种情况下，在每个后续的波形周期P中对于每个载波43以一个增加的电平移位幅度电平L，CRl在第一周期Pl中位于幅度电平LI处，之后分别在连续的周期P2、P3、P4、P5和P6中由控制器48移位至位置L6、L5、L4、L3和L2，之后重复模式。
[0071]图19示出了曲线1100中的另一示例，该示例提供了具有暂停的通过在每个周期P中连续移位载波波形43的三角模式。在这种情况下，在第一和第二示出的载波周期Pl和P2期间，CRl处于电平L6。从那里，CRl随后被移位至P3处的位置L5、P4处的L4、P5处的L3、P6处的L2，并且对于载波周期P7和P8保持电平LI。之后，图19中的三角模式将CRl上移至周期P9处的电平L2，PlO处的L3，Pll处的L4，P12处的L5，然后对于两个周期P13和P14保持在顶部电平L6处。如在该示例中可以看到的，载波在连续周期P(例如，P2至P7)中下移一个电平L，然后，每个周期P(P8至P13)反向相移一个电平L。从而，图19中的电平移位模式50是三角形。当重复模式时，CRl对于两个连续的周期(P1&P2 ；P7&P8 ；P13&P14;等)保持在结束电平L6和LI处，并且在这样的暂停周期(图中的虚线所圈住的部分)，相应地移动该集合的其它载波中的至少两个，使得在每个周期P期间由载波波形43中的一个占据所有电平L。在其它三角模式实施方式中，载波对CR可以对于多于一个波形周期P保持在一个或更多个不同的电平L处。此外，对于载波43中的任一个不进行暂停的另外的其它实施方式也是可以的。
[0072]图20中的曲线1200示出了在圆圈部分处暂停的三角电平移位模式实施方式，在该实施方式中载波CRl以一个幅度电平L的增加上移(斜升)然后下移(斜降)，在结束电平处暂停。图21在的曲线1210示出了根据图20的三角模式50随时间移位的载波CRl连同操作中的相应的电压参考信号或值47a和47b。图22中的曲线1220示出了使用图20和图21的电平移位载波43生成的相应的H-桥逆变器级42的开关装置SI和S3的示例性开关控制信号49。对于上面的图2至图13F中的双载波示例，具有旋转的电平移位模式50的互补或相反的参考示例提供了关于相移PWM技术的若干益处，例如，给定级中的蓄电池中的改进的电压平衡和改进的输出电压THD。
[0073]图23A至图25F还示出了其中电平移位可以在时间上扩展的非限制性实施方式，其中，整数M大于I，和/或控制器48可以实现电平移位模式50，通过电平移位模式50可以每M个波形周期P移位各个载波波形信号或值43至少两个幅度电平L。图23A至23F示出了示出六个载波波形43的另外的示例性锯齿电平移位模式的曲线1300、1310、1320、1330、1340和1350，其中每个载波43每载波周期P移位两个幅度电平。图24A至图24F提供了示出另一示例性锯齿电平移位模式50的曲线1400、1410、1420、1430、1440和1450，在这些曲线中每个载波43每两个载波周期P移位单个幅度电平L。另外，图25A至25F中的曲线1500、1510、1520、1530、1540和1550示出了这两个方面的组合，在这些曲线中锯齿电平移位模式50每两个载波周期P移位每个载波43两个幅度电平L。
[0074]上面的示例仅是本公开内容的各个方面的一些可能的实施方式的说明，其中，对于本领域的其它普通技术人而言，当阅读和理解本说明书和附图时，可以产生等同的替换和/或修改。尤其关于由上述部件(组件、装置、系统、电流等)执行的各种功能，用于描述这样的部件的术语(包括提及“表示”)意在对应于执行所描述的部件的指定功能(即，功能等同)的任何部件例如硬件、处理器执行的软件或其组合，除非另外指出，即使结构上不等同于执行本公开内容的示出的实现中的功能的所公开的结构。另外，尽管关于一些实现中的仅一个实现公开了本公开内容的特定特征，但是这样的特征可以如所期望的与其它实现的一个或更多个其它特征和任何给定的或特定应用的优点组合。此外，在某种程度上，术语“包括(including) ”、“包括(includes) ”、“具有(having) ”、“具有(has) ”、“具有(with)，，或其变型用于详细的描述和/或权利要求中，这样的术语意在以与术语“包括(comprising) ”相同的方式是包括性的。
[0075]另外，本发明还提供以下技术方案:
[0076](I) 一种电力转换系统，包括:
[0077]多电平逆变器，包括整数N个逆变器级，N大于3，所述逆变器级各自包括输出端和开关电路，所述开关电路包括耦接在相应的直流电压源与所述输出端之间的多个开关装置，所述开关电路操作地用于根据多个开关控制信号在所述输出端处提供具有至少两个离散电平中的一个电平的幅度的输出电压，所述逆变器级的所述输出端串联耦接；以及
[0078]控制器，操作地用于:针对每个逆变器级生成包括单个载波波形信号或值的N个载波波形信号或值的集合，所述载波波形信号或值各自限定具有波形周期的周期性载波波形，所述载波波形信号或值的集合的波形周期基本上相等；
[0079]所述控制器操作地用于:设置每个载波波形信号或值处于第一互补参考信号或值和第二互补参考信号或值的预期幅度范围内的多个非交叠幅度电平中的不同的幅度电平;
[0080]所述控制器操作地用于:向所述多电平逆变器提供所述开关控制信号，其中，基于给定逆变器级的所述载波波形信号或值与所述第一参考信号或值和第二参考信号或值的比较，所述开关控制信号被提供至所述给定逆变器级；并且
[0081]所述控制器操作地用于:每整数M个波形周期移位所述载波波形信号或值中的至少两个的幅度电平，M大于O。
[0082](2)根据⑴所述的电力转换系统，其中，所述载波波形信号或值各自限定每波形周期重复的周期性三角载波波形。
[0083](3)根据⑴所述的电力转换系统，其中，所述控制器操作地用于根据电平移位模式每M个波形周期移位所有载波波形信号或值的幅度电平。
[0084](4)根据(3)所述的电力转换系统，其中，M大于I。
[0085](5)根据(3)所述的电力转换系统，其中，所述控制器操作地用于根据所述电平移位模式每M个波形周期移位各个载波波形信号或值的幅度电平至少两个幅度电平。
[0086](6)根据⑴所述的电力转换系统,其中，M大于I。
[0087](7)根据(6)所述的电力转换系统，其中，所述控制器操作地用于根据所述电平移位模式每M个波形周期移位各个载波波形信号或值的幅度电平至少两个幅度电平。
[0088](8)根据⑴所述的电力转换系统，其中，所述控制器操作地用于根据所述电平移位模式每M个波形周期移位各个载波波形信号或值的幅度电平至少两个幅度电平。
[0089](9)根据⑴所述的电力转换系统，其中，所述逆变器级是H桥级，所述H桥级各自包括耦接在相应的直流电压源与相应的输出端之间的4个开关装置，所述逆变器级各自操作地用于根据来自所述控制器的相应的开关控制信号在所述输出端处提供具有至少两个离散的电平中的一个电平的幅度的输出电压。
[0090](10) 一种用于生成多电平逆变器的整数N个逆变器级的开关控制信号的方法，N大于3,所述方法包括:
[0091]针对每个逆变器级生成包括单个载波波形信号或值的N个载波波形信号或值的集合，所述载波波形信号或值各自限定具有波形周期的周期性载波波形，所述载波波形信号或值的集合的波形周期基本上相等，以及每个载波波形信号或值处于第一互补参考信号或值和第二互补参考信号或值的预期幅度范围内的多个非交叠的幅度电平中的不同的幅度电平；
[0092]向所述多电平逆变器提供开关控制信号，其中，基于给定逆变器级的所述载波波形信号或值与所述第一参考信号或值和第二参考信号或值的比较，所述开关控制信号被提供至所述给定逆变器级；以及
[0093]每整数M个波形周期移位所述载波波形信号或值中的至少两个的幅度电平，M大于O。
[0094](11)根据(10)所述的方法，包括:根据电平移位模式每M个波形周期移位所有载波波形信号或值的幅度电平。
[0095](12)根据(11)所述的方法，其中，M大于I。
[0096](13)根据(12)所述的方法，包括:根据所述电平移位模式每M个波形周期移位各个载波波形信号或值的幅度电平至少两个幅度电平。
[0097](14)根据(11)所述的方法，包括:根据所述电平移位模式每M个波形周期移位各个载波波形信号或值的幅度电平至少两个幅度电平。
[0098](15)根据(10)所述的方法，其中，M大于I。
[0099](16)根据(15)所述的方法，包括:根据所述电平移位模式每M个波形周期移位各个载波波形信号或值的幅度电平至少两个幅度电平。
[0100](17)根据权利要求14所述的方法，包括:根据所述电平移位模式每M个波形周期移位各个载波波形信号或值的幅度电平至少两个幅度电平。
[0101](18) 一种具有计算机可执行指令的非暂态计算机可读介质，所述计算机可执行指令用于生成多电平逆变器的整数N个逆变器级的开关控制信号，N大于3，所述计算机可读介质包括用于执行以下的计算机可执行指令:
[0102]针对每个逆变器级生成包括单个载波波形信号或值的N个载波波形信号或值的集合，所述载波波形信号或值各自限定具有波形周期的周期性载波波形，所述载波波形信号或值的集合的波形周期基本上相等，以及每个载波波形信号或值处于第一互补参考信号或值和第二互补参考信号或值的预期幅度范围内的多个非交叠的幅度电平中的不同的幅度电平；
[0103]向所述多电平逆变器提供开关控制信号，其中，基于给定逆变器级的所述载波波形信号或值与所述第一参考信号或值和第二参考信号或值的比较，所述开关控制信号被提供至所述给定逆变器级；以及
[0104]根据重复的电平移位模式，每整数M个波形周期移位所述载波波形信号或值中的至少两个的幅度电平，M大于O。
[0105](19)根据(18)所述的计算机可读介质，其中，M大于I。
[0106](20)根据(18)所述的计算机可读介质，包括用于根据所述电平移位模式每M个波形周期移位各个载波波形信号或值的幅度电平至少两个幅度电平的计算机可执行指令。
【权利要求】
1.一种电力转换系统(2),包括: 多电平逆变器(40)，包括整数N个逆变器级(42-1，42-2，42-3，42-4，42-5，42-6)，N大于3，逆变器级(42)各自包括输出端(41)和开关电路，所述开关电路包括耦接在相应的直流电压源与所述输出端(41)之间的多个开关装置(SI至S4)，所述开关电路(SI至S4)操作地用于根据多个开关控制信号(49)在所述输出端(41)处提供具有至少两个离散电平中的一个电平的幅度的输出电压(Vott)，所述逆变器级(42)的所述输出端(41)串联耦接；以及 控制器(48)，操作地用于:针对每个逆变器级(42)生成包括单个载波波形信号或值(43)的N个载波波形信号或值(43)的集合，所述载波波形信号或值(43)各自限定具有波形周期(P)的周期性载波波形，所述载波波形信号或值(43)的集合的波形周期基本上相等; 所述控制器(48)操作地用于:设置每个载波波形信号或值(43)处于第一互补参考信号或值和第二互补参考信号或值(47a，47b)的预期幅度范围(AR)内的多个非交叠幅度电平(L6，L5，L4，L3，L2，LI)中的不同的幅度电平； 所述控制器操(48)操作地用于:向所述多电平逆变器(40)提供所述开关控制信号(49)，其中，基于给定逆变器级(42)的所述载波波形信号或值(43)与所述第一参考信号或值和第二参考信号或值(47a，47b)的比较，所述开关控制信号(49)被提供至所述给定逆变器级(42);并且 所述控制器操(48)操作地用于:根据重复的反相布置或同相布置电平移位模式(50)每整数M个波形周期(P)移位所述载波波形信号或值(43)中的至少两个的幅度电平(L)，M大于O。
2.根据权利要求1所述的电力转换系统(2)，其中，所述载波波形信号或值(43)各自限定每波形周期(P)重复的周期性三角载波波形。
3.根据权利要求1所述的电力转换系统(2)，其中，所述控制器(48)操作地用于根据电平移位模式(50)每M个波形周期(P)移位所有载波波形信号或值(43)的幅度电平(L)。
4.根据权利要求3所述的电力转换系统(2)，其中，M大于I。
5.根据权利要求3所述的电力转换系统(2)，其中，所述控制器操作地用于根据所述电平移位模式(50)每M个波形周期(P)移位各个载波波形信号或值(43)的幅度电平(L)至少两个幅度电平(U。
6.根据权利要求1所述的电力转换系统(2),其中，M大于I。
7.根据权利要求6所述的电力转换系统(2)，其中，所述控制器操作地用于根据所述电平移位模式(50)每M个波形周期(P)移位各个载波波形信号或值(43)的幅度电平(L)至少两个幅度电平(U。
8.根据权利要求1所述的电力转换系统(2)，其中，所述控制器操作地用于根据所述电平移位模式(50)每M个波形周期(P)移位各个载波波形信号或值(43)的幅度电平(L)至少两个幅度电平(U。
9.根据权利要求1所述的电力转换系统(2)，其中，所述逆变器级(42)是H桥级，所述H桥级(42)各自包括耦接在相应的直流电压源与相应的输出端(41)之间的4个开关装置(SI至S4)，所述逆变器级(42)各自操作地用于根据来自所述控制器(48)的相应的开关控制信号(49)在所述输出端(41)处提供具有至少两个离散的电平中的一个电平的幅度的输出电压(Vqut)。
10.一种用于生成多电平逆变器(40)的整数N个逆变器级(42-1，42-2，42-3，42-4，42-5，42-6)的开关控制信号的方法(70)，N大于3，所述方法(70)包括: 针对每个逆变器级(42)生成(74)包括单个载波波形信号或值(43)的N个载波波形信号或值(43)的集合，所述载波波形信号或值(43)各自限定具有波形周期(P)的周期性载波波形，所述载波波形信号或值(43)的集合的波形周期基本上相等，以及每个载波波形信号或值(43)处于第一互补参考信号或值和第二互补参考信号或值(47a，47b)的预期幅度范围(AR)内的多个非交叠的幅度电平(L6，L5，L4，L3，L2，LI)中的不同的幅度电平； 向所述多电平逆变器(40)提供(76)开关控制信号(49)，其中，基于给定逆变器级(42)的所述载波波形信号或值(43)与所述第一参考信号或值和第二参考信号或值(47a，47b)的比较，所述开关控制信号(49)被提供至所述给定逆变器级(42);以及 根据重复的反相布置或同相布置电平移位模式(50)每整数M个波形周期(P)移位(80)所述载波波形信号或值(43)中的至少两个的幅度电平(L)，M大于O。
11.根据权利要求10所述的方法(70)，包括:根据电平移位模式(50)每M个波形周期(P)移位所有载波波形信号或值(43)的幅度电平(L)。
12.根据权利要求11所述的方法(70)，其中，M大于I。
13.根据权利要求12所述的方法(70)，包括:根据所述电平移位模式(50)每M个波形周期(P)移位各个载波波形信号或值(43)的幅度电平(L)至少两个幅度电平(L)。
14.根据权利要求11所述的方法(70)，包括:根据所述电平移位模式(50)每M个波形周期(P)移位各个载波波形信号或值(43)的幅度电平(L)至少两个幅度电平(L)。
15.根据权利要求10所述的方法(70)，其中，M大于I。
16.根据权利要求15所述的方法(70)，包括:根据所述电平移位模式(50)每M个波形周期(P)移位各个载波波形信号或值(43)的幅度电平(L)至少两个幅度电平(L)。
17.根据权利要求14所述的方法(70)，包括:根据所述电平移位模式(50)每M个波形周期(P)移位各个载波波形信号或值(43)的幅度电平(L)至少两个幅度电平(L)。
18.一种具有计算机可执行指令的非暂态计算机可读介质，所述计算机可执行指令用于生成多电平逆变器(40)的整数N个逆变器级(42-1，42-2，42-3，42-4，42-5，42-6)的开关控制信号，N大于3，所述计算机可读介质包括用于执行以下的计算机可执行指令: 针对每个逆变器级(42)生成(74)包括单个载波波形信号或值(43)的N个载波波形信号或值(43)的集合，所述载波波形信号或值(43)各自限定具有波形周期(P)的周期性载波波形，所述载波波形信号或值(43)的集合的波形周期基本上相等，以及每个载波波形信号或值(43)处于第一互补参考信号或值和第二互补参考信号或值(47a，47b)的预期幅度范围(AR)内的多个非交叠的幅度电平(L6，L5，L4，L3，L2，LI)中的不同的幅度电平； 向所述多电平逆变器(40)提供(76)开关控制信号(49)，其中，基于给定逆变器级(42)的所述载波波形信号或值(43)与所述第一参考信号或值和第二参考信号或值(47a，47b)的比较，所述开关控制信号(49)被提供至所述给定逆变器级(42);以及 根据重复的电平移位模式(50)每整数M个波形周期(P)移位(80)所述载波波形信号或值(43)中的至少两个的幅度电平(L)，M大于O。
19.根据权利要求18所述的计算机可读介质，其中，M大于I。
20.根据权利要求18所述的计算机可读介质，包括用于根据所述电平移位模式(50)每M个波形周期(P)移位各个载波波形信号或值(43)的幅度电平(L)至少两个幅度电平(L)的计算机可执行指令。
【文档编号】H02M7/5395GK104518702SQ201410524938
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年10月8日 优先权日:2013年10月7日
【发明者】托马斯·诺德哈尔, 刘晶波, 程仲元, 纳维德·扎尔加里 申请人:洛克威尔自动控制技术股份有限公司