并联连接的逆变器的相电流的调节的制作方法

本发明涉及一种并联连接的三相逆变器的相电流的调节。

背景技术：

逆变器分别产生脉冲的相电压，相电压能够占有多个电压值。对此，逆变器对于每个相具有开关单元，开关单元具有多个开关状态，通过开关单元将相的相电压分别置于电压值之一。

多个逆变器的并联电路经常用于将各个逆变器一起连接成一个具有更高的总功率和可用性的逆变器。通常，各个逆变器通过具有间接电流调节的脉宽调制来运行。在此，各个逆变器要么获得相同的驱动信号，要么为了降低馈电网络的谐振负荷而以不同脉冲模式来驱控。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多个并联连接的三相逆变器的相电流的改进调节。

该目的通过权利要求1所述的特征实现。

本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。

在根据本发明的用于调节多个并联连接的三相逆变器的相电流的方法中，每个逆变器的相电流通过直接滞后电流调节来调节，其中，逆变器相电流的实际值的实际电流空间矢量保持在围绕额定电流空间矢量的滞后窗内。第一逆变器的实际电流空间矢量由第一逆变器的所有三个相电流形成。每个另外的逆变器的实际电流空间矢量由该逆变器的刚好两个相电流在如下假设下形成，即，该逆变器的全部三个相电流相加为零，其中，形成实际电流空间矢量的所述两个相电流的选择发生变化。

“滞后调节”理解为一种调节，其中将调节变量保持在围绕额定值的公差范围中。公差范围在此称作为滞后窗。“直接电流调节”理解为一种电流调节，其脉冲图案直接从电流误差中推导出。相反，在间接电流调节的情况下，首先求出电压额定值并且根据该电压值确定脉冲图案。

因此，本发明提供了一种每个逆变器的相电流的直接滞后电流调节。与基于脉宽调制的间接电流调节相比，直接电流调节有利地实现了更高的动态性和鲁棒性，例如与受控系统的参数的变化相比，因为在基于脉宽调制的间接电流调节中必须预先计算脉宽调制的在脉冲周期之内使用的脉冲图案。

根据本发明形成用于调节相电流的实际电流空间矢量的作用在于：减少在并联连接的逆变器之间流动的回路电流。这种回路电流是逆变器的零序系统电流的分量。逆变器的零序系统电流作为逆变器的三相电流的非零化的总和来得出。零序系统电流是由例如寄生电容的寄生元件、并联连接的逆变器和逆变器的不同开关状态引起。

并联连接的逆变器之间的回路电流恰好是在逆变器之间流动的零序系统电流的分量。这种类型的回路电流降低了并联连接的逆变器的整体性能，因为其在并联连接的逆变器之间流动，并因此对由并联连接的逆变器向外输出到电网的网络电流没有贡献。

因此有利的是，尽可能避免或减少这种回路电流。根据本发明，这由此实现，即与第一逆变器不同的每个另外的逆变器的实际电流空间矢量在每个时间点由恰好两个相电流形成，其中，假设逆变器的所有三个相电流加起来为零，即使实际上通常(也就是在非零化的零序系统电流的情况中)并非如此。由此，即使该逆变器的零序系统电流非零化，也将两个相电流调节到它们的额定值，其中由这两个相电流形成另外的逆变器之一的实际电流空间矢量。尽管在非零化的零序系统电流的情况下，第三相电流也没有被调节到其额定值。但是，通过如下改变实现了，在调节的短暂起振阶段之后所有三个相电流至少近似地(在滞后窗内)对应于它们的额定值，所述改变是在时间上连续变化对分别形成另外的逆变器的实际电流空间矢量的相电流的选择。由此，基本上消除了在另外的逆变器中的零序系统电流(除了电流强度在滞后窗宽度的范围中的零序系统电流)。尽管第一逆变器中的零序系统电流没有被主动调节，但是由于另外的逆变器的调节，而不会导致在第一逆变器与另外的逆变器之间的回路电流。

本发明的一个设计方案提出，每个逆变器的相电流的调节与其他逆变器的相电流的实际值无关。根据本发明的该设计方案，不使用在各个逆变器之间的通信。由此有利地提高由多个逆变器构成的总系统的模块性，使得逆变器能够以简单的方式互联，而不必执行逆变器之间的通信。此外，减小了用于实现总系统的耗费并且提高总系统的鲁棒性。

本发明的一个设计方案提出，对于每个另外的逆变器来说，相电流不用于形成实际电流空间矢量的那个相不被切换。因此，本发明的该设计方案为每个另外的逆变器提供所谓的平顶调制，其中在调节的每个时钟周期中不切换如下的相，该相的相电流当前不用于形成实际电流空间矢量。本发明的该设计方案有利地降低了切换过程的数量并进而降低了在相切换时的切换损失。

本发明的另一设计方案提出，对于每个另外的逆变器来说，根据所需的输出电压的相位，改变对形成实际电流空间矢量的两个相电流的选择。例如，对于每个另外的逆变器来说，将具有该逆变器的数值上最大输出电压的相选择作为其相电流不用于形成实际电流空间矢量的相。因此，本发明的这些设计方案将对用于形成另外的逆变器的实际电流空间矢量的相的选择分别关联到逆变器的输出电压的相位置。由此尤其在输出电流和输出电压的相位近似相同的情况下，可以进一步降低切换损失，这是因为并不分别切换具有当前最高电流强度的相。

本发明的另一设计方案提出，在每个时间点，将相同的额定电流空间矢量用于所有逆变器。由此，有利地均匀加载逆变器，并且进一步简化了电流调节。

本发明的另一设计方案提出，每个实际电流空间矢量和每个额定电流空间矢量在定子固定的坐标系中形成。在此，例如按照

形成第一逆变器(wr1)的实际电流空间矢量，其中iu_wr1、iv_wr1、iw_wr1表示第一逆变器的相电流(确切地说：相电流的实际值)。每个另外的逆变器的实际电流空间矢量根据为了形成该实际电流空间矢量而选择的相电流例如按照

或按照

或按照

来形成，其中iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2表示另外的逆变器的相电流(确切地说：相电流的实际值)。本发明的该设计方案具体地通过对相电流的实际值进行所谓的clarke变换实现以上述方式有利地形成逆变器的实际电流空间矢量。

本发明的另一设计方案提出，将sdhc电流调节用作为滞后电流调节。所谓的sdhc电流调节(sdhc＝switcheddiamondhysteresiscontrol菱形滞后控制切换)理解为一种电流调节方法，其在以下文献中公开：h.wieβmann，《hochdynamischesdirektesstromregelverfahrenfürpulswechselrichterimvergleichzupwm-verfahren》，isbn978-3843904759，dr.hut出版社，2012年。在sdhc方法中，为了对变流器进行电流调节在每个时间点使用四个相邻的空间矢量，空间矢量的尖端形成菱形。sdhc方法有利地将直接滞后电流调节的高动态和鲁棒性与空间矢量调制的变流器的突出的静态特性相结合。

一种根据本发明的调节装置用于执行根据本发明的方法，对于每个逆变器来说，该调节装置包括电流测量装置，用于检测逆变器的相电流的实际值；并且对于每个逆变器来说，该调节装置包括滞后电流调节装置，利用其将由相电流的检测的实际值形成逆变器的实际电流空间矢量，并产生用于逆变器的该相位的切换信号，从而将实际电流空间矢量保持在围绕额定电流空间矢量的滞后窗内。这种类型的调节装置的优点从根据本发明的方法的上述优点中获得。

附图说明

本发明的上述性质、特征和优点以及如何实现这些的方式和方法结合下面借助附图详细描述的实施例说明更加清晰和显而易见。在此示出：

图1示出了两个并联连接的逆变器的等效电路图，以及

图2示出了两个并联的逆变器和用于调节逆变器的相电流的调节装置的实施例的电路图。

彼此相对应的部件在附图中设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了两个并联连接的三相逆变器wr1、wr2的等效电路图。

每个逆变器wr1、wr2在输入侧都具有直流电压中间回路z1、z2，其具有正中间回路电势z+、负中间回路电势z-和中间回路电压uz，其是中间回路电势z+、z-之间的差。逆变器wr1、wr2的直流电压中间回路z1、z2并联连接，使得它们具有相同的正中间回路电势z+、相同的负中间回路电势z-和相同的中间回路电压uz。

此外，每个逆变器wr1、wr2包括用于其每个相的开关su_wr1、sv_wr1、sw_wr1、su_wr2、sv_wr2、sw_wr2，该开关具有第一开关状态和第二开关状态，第一开关状态将相的相电势置于正中间回路电势z+，第二开关状态将相的相电势置于负中间回路电路z-。开关su_wr1、sv_wr1、sw_wr1、su_wr2、sv_wr2、sw_wr2的开关状态的改变在此称为相的切换。

每个逆变器wr1、wr2在输出侧经由其自己的滤波器f1，f2耦联到网络。滤波器f1，f2分别具有用于相应的逆变器wr1、wr2的每个相的至少一个电感l。两个逆变器wr1、wr2的两个相互对应的相在输出侧互连并与公共的网络侧连接端子l1、l2、l3连接，从而将两个逆变器wr1、wr2的这些相的两个相电流iu_wr1、iv_wr1、iw_wr1、iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2加成相网络电流iu_netz、iv_netz、iw_netz，其经由与这些相连接的连接端子l1、l2、l3输出。

图2示出了根据图1的两个并联的三相逆变器wr1、wr2和用于调节逆变器wr1、wr2的相电流iu_wr1、iv_wr1、iw_wr1、iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2的调节装置1以及在输入侧连接到逆变器wr1、wr2的直流电压中间回路z1、z2的负载2的具体实施例的电路图。

开关su_wr1、sv_wr1、sw_wr1、su_wr2、sv_wr2、sw_wr2分别设计成开关单元，其具有带有第一开关元件5和第二开关元件7的半桥3。开关元件5、7例如分别实施为具有绝缘栅电极的双极晶体管(igbt＝insulated-gatebipolartransistor绝缘栅双极晶体管)和反并联的二极管。每个开关su_wr1、sv_wr1、sw_wr1、su_wr2、sv_wr2、sw_wr2的第一开关状态通过闭合第一开关元件5和断开第二开关元件7建立，第二开关状态通过断开第一开关元件5和闭合第二开关元件7建立。

调节装置1对于每个逆变器wr1、wr2包括电流测量装置9和滞后电流调节装置11，电流测量装置用于检测逆变器的相电流iu_wr1、iv_wr1、iw_wr1、iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2的实际值，利用滞后电流调节装置，从相电流iu_wr1、iv_wr1、iw_wr1、iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2的检测的实际值，以下面更详细描述的方式产生用于逆变器wr1、wr2的相的开关信号，利用该开关信号来驱控开关su_wr1、sv_wr1、sw_wr1、su_wr2、sv_wr2、sw_wr2，也就是操控图2中示出的开关元件5、7。

由具有直接滞后电流调节的相应的滞后电流调节装置11来调节每个逆变器wr1、wr2的相电流iu_wr1、iv_wr1、iw_wr1、iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2，而与相应另外的逆变器wr1、wr2的相电流iu_wr1、iv_wr1、iw_wr1、iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2的实际值无关。在此，由每个逆变器wr1、wr2通过电流测量装置9检测的相电流iu_wr1、iv_wr1、iw_wr1、iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2的实际值以下面更详细描述的方式在定子固定坐标系中形成实际电流空间矢量。该实际电流空间矢量保持在围绕额定电流空间矢量的滞后窗内。例如，对于两个逆变器wr1、wr2来说，在每个时间点都使用相同的额定电流空间矢量。

此外，使用具有与平顶调制可比较的特性的滞后电流调节，其中在调节的每个时钟周期中，每个逆变器wr1、wr2的相都不切换。有利的是，其分别是这样的相，该相的输出电压是相应的逆变器wr1、wr2的当前最大输出电压。由此，定子固定坐标系被分成各60度的扇区，其中在彼此相邻的扇区中各一个其他的相不被切换。

有利地，sdhc电流调节被作为滞后电流调节使用。

第一逆变器wr1的实际电流空间矢量从第一逆变器wr1的全部三个相电流iu_wr1、iv_wr1、iw_wr1的电流强度根据以下的等式[1]形成，该式是常规的clarke变换，其中i0_wr1表示第一逆变器wr1的零序系统电流：

与此不同的是，第二逆变器wr2的实际电流空间矢量在每个时间点从第二逆变器wr2的三个相电流iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2中的刚好仅两个相电流根据下列等式[2]至[4]形成：

其中等式[2]至[4]中的分别选择的等式被变化，即在彼此跟随的时间点更换。每个等式[2]至[4]都是一个clarke变换，其中从第二逆变器wr2的两个另外的相电流iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2在如下假设下分别计算一个相电流iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2：三个相电流iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2相加为零，即假设第二逆变器wr2的零序系统电流零化，尽管通常实际上不是这种情况。

在根据等式[2]至[4]之一形成第二逆变器wr2的实际电流空间矢量时,因此分别不使用相电流iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2中的以下一个，即第二逆变器wr2的实际电流空间矢量分别仅由两个另外的相电流iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2的实际值形成。在等式[2]中，不使用相电流iw_wr2形成实际电流空间矢量，在等式[3]中不使用相电流iu_wr2并且在等式[4]中不使用相电流iv_wr2。

优选地，分别不应用如下的相电流iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2用于形成第二逆变器wr2的实际电流空间矢量，该相电流的相当前未根据平顶调制切换。如果对应于上述优选实施方式，该相始终是如下的相位，其相电流iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2当前是第二逆变器wr2的数值上最大相电流iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2，则定子固定坐标系统被分成各60度的扇区，其中在彼此相邻扇区中等式[2]至[4]中的另一个分别用于形成第二逆变器wr2的实际电流空间矢量。

通过根据等式[2]至[4]之一形成第二逆变器wr2的实际电流空间矢量，将用于分别形成实际电流空间矢量的两个相电流iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2调节到它们的额定值，即使第二逆变器wr2的零序系统电流未零化也如此。更确切地说，在第二逆变器wr2的零序系统电流没有零化的情况下，相应的第三相电流iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2未被调节到其额定值。然而，通过持续地改变分别形成第二逆变器wr2的实际电流空间矢量的相电流iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2，实现的是：全部三个相电流iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2在调节的短暂稳态阶段之后至少近似地(在第二滞后窗之内)对应于它们的额定值。由此，基本上消除了在第二逆变器wr2中的零序系统电流(除了电流强度在滞后窗宽度的范围中的零序系统电流)。尽管第一逆变器wr1中的零序系统电流没有被主动调节，但是由于第二逆变器wr2的调节，而不会导致在第一逆变器wr1与第二逆变器wr2之间的回路电流。根据本发明的调节的该特性在接下来详细描述。

假设两个逆变器wr1、wr2的调节是稳态的，也就是说，计算出的实际电流空间矢量的α和β分量平均对应于额定电流空间矢量的相应分量，并且分别将相同的电流额定值iu_soll、iv_soll、iw_soll用于两个逆变器wr1、wr2的相位，下列等式[5]至[7]适用于第一逆变器wr1的相电流iu_wr1、iv_wr1、iw_wr1：

iu_wr1＝iα_soll+i0_wr1＝iu_soll+i0_wr1，[5]

因此，第一逆变器wr1的相电流iu_wr1、iv_wr1、iw_wr1的实际值以第一逆变器wr1的零序系统电流i0_wr1偏离相应的电流额定值iu_so1l、iv_soll、iw_soll。

在图2中示出的实施例中，没有零序系统电流通过网络流动。因此获得以下关系式：

iu_netz+iv_netz+iw_netz＝0＝{iu_wr1+iu_wr2}+{iv_wr1+iv_wr2}+{iw_wr1+iw_wr2}.[8]

与对于第一逆变器wr1一样，可以对于第二逆变器wr2建立相电流iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2的等式。对于以下阐述例如由此出发，即第二逆变器wr2的实际电流空间矢量根据等式[2]形成。然后根据下列等式[9]和[10]得到相电流iu_wr2、iv_wr2：

iu_wr2＝iá_wr2^*+i0_wr2^*＝iα_soll+0＝iu_soll，[9]

这表明，在这种情况下用于形成第二逆变器wr2的实际电流空间矢量的两个相电流iu_wr2、iv_wr2被调节到它们的电流额定值。第三相电流iw_wr2未被调节到其电流额定值。虽然等式[2]的公式是基于第二逆变器wr2的零序系统电流零化的假设(0＝iu_wr2+iv_wr2+iw_wr2)。然而，该假设通常不适用并因此不能用于计算和调节相电流iw_wr2。

由等式[5]至[10]得出：

0＝{(iu_soll+i0_wr1)+iu_soll}+{(iv_soll+i0_wr1)+iv_soll}+{(iw_soll+i0_wr1)+iw_wr2.[11]

如果附加地将节点规则(例如iu_wr1+iu_wr2＝iu_netz)应用于各个相，则得出下列等式[12]至[15]：

iu_netz＝2*iu_soll+i0_wr1，[12]

iv_netz＝2*iv_soll+i0_wr1，[13]

iw_netz＝iw_soll+i0_wr1+iw_wr2＝2*iw_soll+(i0_wr1+iw_wr2-iw_soll)＝2*iw_soll-2*(i0_wr1)，[14]

-(iw_wr2-iw_soll)＝-i0_wr2＝3*i0_wr1，[15]

其中，使用io_wr2＝iu_wr2+iv_wr2+iw_wr2。

从等式[12]到[15]现在可以得出两个基本结论：

-由于逆变器wr1、wr2的零序系统电流，所得出的相网络电流iu_netz、iv_netz、iw_netz与其额定值偏离。

-第一逆变器wr1在所有三个相电流iu_wr1、iv_wr1、iw_wr1中以相同的值与电流额定值偏离。第二逆变器wr2在每个时间点都仅仅在一个相中与电流额定值偏离，但是具有三倍的差。

上述结论对应于这样的情况，即一个相不被用于形成第二逆变器wr2的实际电流空间矢量。类似地，这些观测和等式也可以应用于其他相。

两个逆变器wr1、wr2在根据平顶调制当前未切换的相中具有相同的开关状态。因此，在相应相的两个电感l处也下降近似相等的电压(分量散射、温度差等可导致细微差异)。这导致两个逆变器wr1、wr2之间的相电流差在该相中仅最小地变化。根据等式[12]至[15]，回路电流因此保持(近似)恒定。

如上所述，未用于形成第二逆变器wr2的实际电流空间矢量的相被持久改变。改变前位于第二逆变器wr2中的现存回路电流在改变之后自动处于“主动”相中，也就是说，处于用于形成第二逆变器wr2的实际电流空间矢量的相中，因此改变之后直接由调节装置进行调节。在改变之后未被用于形成第二逆变器wr2的实际电流空间矢量的相电流iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2在改变之前(在稳态调节时)近似占有其电流额定值。然而，由于仅相电流iu_wr2、iv_wr2、iw_wr2的平均值对应于电流额定值并且改变的时间点未知，因此会出现电流强度在调节的滞后宽度范围中的回路电流。因此，在不用于形成第二逆变器wr2的实际电流空间矢量的相的两次改变之间的稳态调节中，现存的回路电流保持近似恒定并且通过该相的改变来调节。

以上示例性地为两个逆变器wr1、wr2描述的调节类似地用于两个以上并联连接的三相逆变器wr1、wr2，其中与上述调节的第一逆变器wr1相同地调节逆变器wr1、wr2中的一个，并且与上述调节的第二逆变器wr2相同地调节每个另外的逆变器wr1、wr2。

此外，两级逆变器的开关su_wr1、sv_wr1、sw_wr1、su_wr2、sv_wr2、sw_wr2仅仅具有两个开关状态，替代这种两级逆变器，上述的电流调节以类似的方式也用于多级逆变器，其开关su_wr1、sv_wr1、sw_wr1、su_wr2、sv_wr2、sw_wr2具有两个以上的开关状态。

尽管在细节上通过优选的实施例详细阐述和说明了本发明，然而本发明不局限于所公开的实例，并且能够由本领域技术人员从中推导出其他的变体，而没有偏离本发明的保护范围。

尽管在细节上通过优选的实施例详细阐述和说明了本发明，然而本发明不局限于所公开的实例，并且能够由本领域技术人员从中推导出其他的变体，而没有偏离本发明的保护范围。