控制开关阀的方法与流程

本发明涉及一种控制开关阀的方法和一种开关阀。

已知使用基于多个串联连接的开关元件的开关阀，以便增加开关阀的总额定电压。

技术实现要素：

根据本发明的第一方面，提供一种控制开关阀的方法，所述开关阀包括多个串联连接的开关元件和多个辅助电路，每个辅助电路与多个串联连接的开关元件中的相应一个并联连接，每个辅助电路包括相应辅助电容器，所述方法包括执行补偿程序的步骤，所述补偿程序包括以下子步骤：

通过向每个开关元件发送相应关断控制信号来发起关断事件；

在所述关断事件之后测量每个辅助电容器的相应电容器电压值；

比较所测量的所述电容器电压值；和

使用在测量到的所述电容器电压之间的所述比较作为参考以调整向所述开关元件中的至少一个发送一个或相应关断控制信号的时间，以便减小在下次关断事件时所述开关元件的所述关断时间之间的一个或相应时间差。

通过向每个开关元件发送相应关断控制信号，通过发起串联连接的开关元件的关断(即，关断事件)来关断开关阀。当在跨开关阀存在电压的同时发起关断事件(即，硬开关事件)时，在任何施加的反向电压之上，跨开关元件可能出现过电压。如果所有串联连接的开关元件同时关断，则过电压将主要与包括开关阀的换向回路中存在的任何杂散电感成比例，并且还与开关阀中关断电流的速度成比例。每个串联连接的开关元件通常被设置为在所有开关元件都关断时能够承受跨开关阀的总电压的比例份额。

然而，实际上，可能并非所有开关元件都将同时关断，也就是说，开关元件的关断时间之间存在至少一个时间差。在这种情况下，较高的过电压将暂时出现在任何较早关断的开关元件上，因为在剩余开关元件或每个剩余开关元件保持接通时它或它们将最初经历总过电压的较高份额。因此，给定开关元件可经历超过其额定值的过电压，从而可能对开关元件施加过度应力并因此缩短其寿命。此不期望的电压分配效应可以在对应换向回路中不存在任何杂散电感的情况下发生，但是在存在杂散电感的情况下更为严重。

在开关元件的关断时间之间存在至少一个时间差可能是由若干因素导致，包括但不限于随时间推移的部件劣化、开关元件的不相同的开关特性、由对应的控制器的物理部件发送关断控制信号的延迟、与开关元件相关联的相应栅极驱动器的致动的差异，以及开关元件的开关中涉及的任何其他部件的致动的差异。开关元件的关断时间之间的所述或每个时间差可以在数纳秒到数百秒的量级，并且因受诸如环境温度的缓慢变化变量的影响而是随时间推移基本上恒定的。

前述不期望的电压分配效应可借助于本发明的方法避免，其中使用在测量到的所述电容器电压之间的所述比较作为参考以调整向所述开关元件中的至少一个发送一个或相应关断控制信号的时间，以便减小在下次关断事件时所述开关元件的所述关断时间之间的所述或每个时间差。这继而又不仅确保开关元件在关断事件时将更接近同时关断，这减少了前述不期望的电压分配效应发生，由此限制或防止开关元件的过应力，并且由此保护它们寿命，，而且还防止了开关元件的关断时间漂离，该漂离可能因时变因素诸如部件劣化而发生。

此外，从补偿程序获得的数据，诸如调整向开关元件中的至少一个发送一个或相应关断控制信号的时间的程度，可以用于监视和分析开关阀的特性，诸如部件劣化。

补偿程序可以重复多次，以使得能够多重减少在下次关断事件时开关元件的关断时间之间的时间差。另外，可有意地在温和或小的硬开关事件期间执行补偿程序以触发开关元件的关断时间之间的所述或每个时间差的减小来准备将来严重的硬开关事件。

向开关元件中的至少一个开关元件发送关断控制信号或相应关断控制信号的时间的调整程度由所测量的电容器电压之间的差值或每个差值确定。测量到的电容器电压之间的较大差异将需要对应地大幅地调整向开关元件中的至少一个发送一个或相应关断控制信号的时间，而测量到的电容器电压之间的微小差异将需要相应地小幅地调整向开关元件中的至少一个发送一个或相应关断控制信号的时间。

在本发明的传统替代解决方案中，无源部件可连接到开关元件。此类无源部件被额定为确保开关元件的关断时间主要取决于无源部件的额定值，以便均衡关断时间。然而，以此方式使用的无源部件往往体积庞大且成本高昂。

本发明的方法的减小开关元件的关断时间之间的所述或每个时间差的能力有利地允许减小无源部件的大小，由此使开关阀更成本效益好且可靠。

在本发明的另一常规替代解决方案中，基于在关断事件期间在开关元件上瞬时地且直接地测量到的电压测量值而测量并减小开关元件的关断时间之间的时间差。然而，此替代解决方案不利于开关元件的关断时间之间的低水平的时间差，低水平的时间差可以在纳秒范围内，尤其是当在开关元件上的电压在宽范围值内变化时。这是因为对在开关元件的关断时间之间的这种低水平的时间差的测量将会需要高分辨率(例如，小于100-200v)的电压信号，所述电压信号可以从零或非常低的电压在非常短的时间(例如，几微秒)内变化到几千伏特，这将会因需要高超的测量技术以及高质量的仪器和数据处理系统而增加开关阀的成本和复杂度。

或者，可通过连续监测跨开关元件的电压来代替瞬时电压测量，但是这种连续监测将需要大量的数据存储和分析，这也会增加开关阀的成本和复杂度。

另一方面，本发明的方法有利地基于辅助电容器的测量到的电容器电压值而减小在下次关断事件时开关元件的关断时间之间的所述或每个时间差。这是因为在关断事件之后，辅助电容器的能量存储能力允许在每个辅助电容器上的电压保持基本上恒定于在在关断事件期间达到的最大电压处，其保持的时间长到足以以类似于dc或静态测量的方式测量电容器电压值，而不需要极快地使用仪器和数据捕获电子器件。

因此，本发明的方法可容易地应用于开关元件的关断时间之间的低水平的时间差，例如，在纳秒范围内的时间差，即使当开关元件上的电压在宽范围值内变化时也是如此。

此外，本发明方法的测量电容器电压值可在不牺牲补偿程序精度的情况下经历滤波。

辅助电路的结构和配置可变化，只要每个辅助电路包括相应辅助电容器即可。例如，每个辅助电路可包括缓冲电路，可选地，其中每个缓冲电路可以是电容器-二极管缓冲电路或电阻器-电容器-二极管缓冲电路。

本发明的方法适用于各种类型的开关元件，特别是半导体开关元件。另外，每个开关元件可以是自换向开关元件，诸如绝缘栅双极晶体管(igbt)。

在本发明的优选的实施例中，减小在下次关断事件时所述开关元件的所述关断时间之间的所述或每个时间差可以包括：使所述或每个时间差最小化(例如，最小化为几乎为零或可忽略的时间差)；或者将所述或每个时间差减小到零。

在本发明的另一优选实施例中，比较测量到的电容器电压值的子步骤可以包括确定所述开关元件的所述关断时间之间的至少一个时间差，并且在测量到的所述电容器电压之间的所述比较包括所述开关元件的所述关断时间之间的所述已确定的时间差或每个已确定的时间差。

在此类实施例中，所述方法可进一步包括以下步骤：建立测量到的所述电容器电压值与所述开关元件的所述关断时间之间的时间差之间的相关性，其中比较测量到的所述电容器电压值的子步骤包括基于所述相关性而确定所述开关元件的所述关断时间之间的至少一个时间差。

在本发明的方法中使用建立的相关性导致更有效地减小在下次关断事件时所述开关元件的所述关断时间之间的所述或每个时间差。

可以在开关阀的制造或测试期间建立测量到的所述电容器电压值与所述开关元件的所述关断时间之间的所述时间差之间的所述相关性。

在此类实施例中，所述方法可进一步包括以下步骤：使用测量到的所述电容器电压值之间的所述比较作为参考来调整测量到的所述电容器电压值与所述开关元件的所述关断时间之间的时间差之间的所述相关性。

基于所测量的电容器电压值调整相关性的能力允许更新相关性以正确地对应于可随时间推移改变的开关阀的当前开关特性。例如，由于开关阀的一个或多个部件随时间推移劣化，相关性可能需要更新。

控制本发明的开关阀的方法可进一步包括以下步骤：

将多个串联连接的所述开关元件分组为多个群组，每个群组包括多个串联连接的所述开关元件中的两个或更多个；

针对每个群组，为同一群组的开关元件执行补偿程序；以及

然后，为所述多个群组的所述开关元件执行所述补偿程序。

以此方式，在所述多个群组之间执行在下次关断事件时所述开关元件的所述关断时间之间的所述或每个时间差的减小之前，在每个群组内执行在下次关断事件时所述开关元件的所述关断时间之间的所述或每个时间差的减小。这提供了减小在下次关断事件时所述开关元件的所述关断时间之间的所述或每个时间差的更为时间有效且不太计算密集的方式。

为同一群组的开关元件执行补偿程序的所述步骤可以包括：

通过向同一群组的每个开关元件发送相应关断控制信号来发起关断事件；

在所述关断事件之后测量所述同一群组的每个辅助电容器的相应电容器电压值；

比较所述同一群组的测量到的电容器电压值；以及

使用在所述同一群组的所述开关元件的测量到的电容器电压之间的比较作为参考以调整向所述同一群组的所述开关元件中的至少一个发送关断控制信号的时间，以便减小在下次关断事件时所述同一群组的所述开关元件的关断时间之间的所述或每个时间差。

为所述多个群组的所述开关元件执行所述补偿程序的所述步骤可以包括：

通过向所述多个群组的每个开关元件发送相应关断控制信号来发起又一关断事件；

在所述关断事件之后测量所述多个群组的每个辅助电容器的相应电容器电压值；

比较所述多个群组的测量到的电容器电压值；以及

使用在所述多个群组的测量到的电容器电压之间的比较作为参考以调整向所述多个群组的所述开关元件中的至少一个发送关断控制信号的时间，以便减小在下次关断事件时所述多个群组的所述开关元件的所述关断时间之间的所述或每个时间差。

在本发明的实施例中，为所述多个群组的所述开关元件执行所述补偿程序的所述步骤可以包括：

为一组群组的所述开关元件执行所述补偿程序，其中所述组群组包括所述多个群组中的两个或更多个群组；

将所述多个群组中的一个或多个添加到所述组群组中；以及

然后，为包括所述附加群组或每个附加群组的所述组群组的所述开关元件执行所述补偿程序。

在此类实施例中，所述方法可进一步包括在分层布置中对群组进行排序的步骤，并且为多个群组的开关元件执行补偿程序的步骤可包括：

为所述组群组的所述开关元件执行所述补偿程序，其中所述组群组首先在所述分层布置中进行排序；

将所述多个群组中的一个或多个添加到所述组群组中，其中所述或每个附加群组在所述分层布置中接着排序；以及

然后，为包括所述附加群组或每个附加群组的所述组群组的所述开关元件执行所述补偿程序。

此类步骤产生用于减少在下次关断事件时所述开关元件的所述关断时间之间的所述或每个时间差的时间和降低计算复杂度的可靠手段。

在采用分层布置的本发明的实施例中，所述方法可进一步包括在为多个群组的开关元件执行补偿程序的步骤之前，随机化分层布置中的群组的顺序和/或随机化所使用的分层布置的类型的步骤。

这一方式不仅增强了本发明方法的结果，而且还防止本发明的方法受到依赖于特定分层布置可能产生的稳态偏差的不利影响。

分层布置可以例如包括树形拓扑或星形拓扑。

根据本发明的第二方面，提供一种开关阀，所述开关阀包含多个串联连接的开关元件和多个辅助电路，每个辅助电路与多个串联连接的开关元件中的相应一个开关元件并联连接，每个辅助电路包括相应辅助电容器，

其中所述开关阀进一步包括控制器，所述控制器被编程为执行补偿程序，所述控制器被编程为通过向每个开关元件发送相应关断控制信号来发起关断事件，所述控制器包括测量装置，所述测量装置被配置成在所述关断事件之后测量每个辅助电容器的相应电容器电压值，所述控制器被编程为比较测量到的所述电容器电压值；并且所述控制器被编程为使用测量到的所述电容器电压之间的所述比较作为参考来调整向所述开关元件中的至少一个发送一个或相应关断控制信号的时间，以便减小在下次关断事件时所述开关元件的所述关断时间之间的一个或相应时间差。

本发明的第一方面的方法及其实施例的特征和优点在加以必要变更的情况下适用于本发明的第二方面的开关阀及其实施例。

控制器的结构和配置可变化。

在本发明的实施例中，所述控制器可以包括多个本地控制单元和一个更高级别控制单元，每个本地控制单元可以被编程为向对应开关元件发送相应关断控制信号，每个本地控制单元可以被配置成与所述更高级别控制单元通信，每个本地控制单元可以被编程为向所述更高级别控制单元传输所述对应辅助电容器的测量到的电容器电压值，所述更高级别控制单元可以被编程为比较测量到的所述电容器电压值和使用测量到的所述电容器电压之间的比较作为参考来调整向所述开关元件中的至少一个发送一个或相应关断控制信号的时间，以便减小在下次关断事件时所述开关元件的所述关断时间之间的一个或相应时间差，并且所述更高级别控制单元可以被编程为将所述或每个经调整的时间传输到所述或每个对应本地控制单元。

每个本地控制单元可以被配置成经由无源光学网络(passiveopticalnetwork)与所述更高级别控制单元通信。

在本发明的开关阀的实施例中，每个辅助电路可包括缓冲电路，可选地，其中每个缓冲电路可以是电容器-二极管缓冲电路或电阻器-电容器-二极管缓冲电路。

在本发明的所述开关阀的其他实施例中，每个开关元件可以是自换向开关元件，诸如igbt。

在本发明的所述开关阀的其他实施例中，减小在下次关断事件时所述开关元件的所述关断时间之间的所述或每个时间差可以包括：使所述或每个时间差最小化；或者将所述或每个时间差减小到零。

所述控制器可以被编程为比较测量到的电容器电压值，以便确定所述开关元件的所述关断时间之间的至少一个时间差，并且在测量到的所述电容器电压之间的比较可以包括所述开关元件的所述关断时间之间的所述已确定的时间差或每个已确定的时间差。

所述控制器可以被编程为比较测量到的所述电容器电压值，以便基于测量到的所述电容器电压值与所述开关元件的所述关断时间之间的时间差之间的相关性而确定所述开关元件的所述关断时间之间的至少一个时间差。

所述控制器可以被编程为建立测量到的所述电容器电压值与所述多个串联连接的开关元件的所述关断时间之间的时间差之间的相关性。另外地或替代地，所述控制器可以被编程为存储通过其他手段建立的相关性。

所述控制器可以被编程为使用测量到的所述电容器电压值之间的比较作为参考来调整测量到的所述电容器电压值与所述开关元件的所述关断时间之间的时间差之间的相关性。

控制器可被编程为：

将所述多个串联连接的开关元件分组为多个群组，每个群组包括所述多个串联连接的开关元件中的两个或更多个；

针对每个群组，为同一群组的所述开关元件执行补偿程序；以及

然后，为所述多个群组的所述开关元件执行所述补偿程序。

所述控制器可以被编程为通过以下方式为所述多个群组的所述开关元件执行所述补偿程序：

为一组群组的所述开关元件执行所述补偿程序，其中所述组群组包括所述多个群组中的两个或更多个群组；

将所述多个群组中的一个或多个添加到所述组群组中；以及

然后，为包括所述附加群组或每个附加群组的所述组群组的所述开关元件执行所述补偿程序。

所述控制器可以被编程为以分层布置方式对所述群组进行排序，并且所述控制器可进一步被编程为通过以下方式对所述多个群组的所述开关元件执行所述补偿程序：

为所述组群组的所述开关元件执行所述补偿程序，其中所述组群组首先在所述分层布置中进行排序；

将所述多个群组中的一个或多个添加到所述组群组中，其中所述或每个附加群组在所述分层布置中接着排序；以及

然后，为包括所述附加群组或每个附加群组的所述组群组的所述开关元件执行所述补偿程序。

控制器可被编程为在为多个群组的开关元件执行补偿程序之前，随机化分层布置中的群组的顺序和/或随机化所使用的分层布置的类型。

分层布置可包括树形拓扑或星形拓扑。

应将理解，本发明所涉及的多个串联连接的开关元件可包含：开关阀中的所有串联连接的开关元件；或阀中的一部分串联连接的开关元件，即串联连接的开关元件的群组形成串联连接的开关元件的较大群组的一部分。

本发明适用于需要使用基于多个串联连接的开关元件的开关阀的一系列应用。这些应用包括但不限于高压直流传输、电压源转换器(vsc)、模块化多电平转换器(mmc)、交流臂转换器(aac)、半导体开关阀和链式转换器。

附图说明

现在将参考附图以非限制性示例的方式来描述本发明的优选实施例，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的实施例的开关阀；

图2示出了电阻器-电容器-二极管电路；

图3示出了图1的开关阀的仿真模型；

图4a至图4c示出了图3的仿真模型的结果；

图5示出了图1的开关阀的控制器的控制回路；

图6示出了使用图3的仿真模型的可行性评估的结果；

图7示出了使用图1的开关阀的实验设置进行可行性评估的结果；并且

图8和图9示出了图1的开关阀的开关元件的分层布置。

具体实施方式

根据本发明的实施例的开关阀在图1中示出，并且大体上由参考符号30表示。

开关阀30包括多个串联连接的开关元件32、多个辅助电路34和控制器36。

在所示的实施例中，每个开关元件32采用igbt32的形式，但在其他实施例中可由另一种类型的开关元件32代替。

每个辅助电路34与多个串联连接的igbt32中的相应一个igbt并联连接。每个辅助电路34包括与电阻器38并联连接的电容器-二极管缓冲电路。应将理解，电阻器38是可选部件。在本发明的其他实施例中，设想电容器-二极管缓冲电路可由电阻器-电容器-二极管电路代替，如图2所示。

在本说明书中，每个辅助电路34中的电容器将被称为辅助电容器。每个辅助电路34中的辅助电容器可用于在关断瞬时事件期间减轻电压过冲，并且存储足够的能量以供应电力来驱动相应igbt32的控制电子设备。

控制器36被编程为控制igbt32的开关，并且包括每个igbt32的控制电子设备。具体来说，控制器36被编程为通过向每个igbt32发送相应关断控制信号来发起关断事件，并且通过向每个igbt32发送相应接通控制信号来发起接通事件。

可以设想，在本发明的其他实施例中，每个igbt的本地控制电子设备可在从全局控制单元接收到全局命令或延迟参数时执行其控制功能。

在关断事件期间，可能并非所有igbt32都将同时关断，也就是说，igbt32的关断时间之间存在至少一个时间差，所述至少一个时间差可能是因各种因素(其中一些在本说明书的前面部分已讨论过)而产生。igbt32的关断时间之间的所述或每个时间差造成不期望的电压分配效应，其中当所述或每个其余igbt32保持接通时任何先关断的igbt32在最开始将经历总过电压的更高份额。

因此，期望减小igbt32的关断时间之间的所述或每个时间差以减少前述不期望的电压分配效应发生。优选地，每个时间差的这种减小包括使igbt32的关断时间之间的所述或者每个时间差最小化(例如，最小化为几乎为零或可忽略的时间差)；或者将igbt32的关断时间之间的所述或每个时间差减小到零。

在igbt32的关断时间之间存在至少一个时间差造成辅助电容器的电容器电压值之间的至少一个电压差。

本发明人已经发现，基于辅助电容器的电容器电压值与在igbt32的关断时间之间的所述或每个时间差之间的相关性而有效地减小igbt32的关断时间之间的所述或每个时间差是可能的。

参考图3和图4a至4c，电容器电压值与igbt32的关断时间之间的所述或每个时间差之间的相关性表征如下。

图3示意性地示出了使用simulink平台的plecs仿真模型。仿真模型基于包括七个串联连接的igbt32的开关阀30。在仿真模型中，igbt32在1500a的关断电流和8750v下经受双脉冲测试，并且每个辅助电容器在开关阀30的关断事件期间的最大电容器电压值被记录下来。

在第一特性测试中，第一igbt32的关断时间相对于主关断控制信号的延迟在0ns到300ns之间变化，并且第二到第七igbt32的关断时间相对于主关断控制信号延迟300ns。

在图4a中可以看出，第一igbt32先于其他igbt32关断造成对应于第一igbt32的电容器电压值42与对应于其他igbt32的电容器电压值44之间的电压差。例如，第一igbt32先于其他igbt32300ns关断造成对应于第一igbt32的电容器电压值42与对应于其他igbt32的电容器电压值44之间的约500v电压差。此外，在对应于第一igbt32的电容器电压值42与对应于任何其他igbt32的电容器电压值44之间的电压差同第一igbt32的关断时间与其他igbt32中任一个的关断时间之间的时间差之间存在线性关系。

在第二特性测试中，第一igbt32的关断时间相对于主关断控制信号的延迟被设定为100ns和200ns，第二igbt32的关断时间相对于主关断控制信号的延迟在0ns到300ns之间变化，并且第三到第七igbt32的关断时间相对于主关断控制信号的延迟为300ns。换句话说，第二特性测试涉及igbt32的关断时间之间的多个时间差。

图4b示出了当第二igbt32的关断时间相对于主关断控制信号的延迟以四个步骤从0ns变为300ns并且第一igbt32的关断时间相对于主关断控制信号的延迟固定为100ns时电容器电压值与igbt32的关断时间之间的所述或每个时间差之间的相关性。从图4b中可以看出，虽然绝对电压值与图4a相比有变化，但是对应于第一igbt32的电容器电压值46与对应于第三到第七igbt32中任一个的电容器电压值50之间存在恒定的电压差，因为第一igbt32的关断时间与第三到第七igbt32中任一个的关断时间之间的时间差恒定为100ns。

图4c示出了当第二igbt32的关断时间相对于主关断控制信号的延迟以四个步骤从0ns变为300ns并且第一igbt32的关断时间相对于主关断控制信号的延迟固定为200ns时电容器电压值与igbt32的关断时间之间的所述或每个时间差之间的相关性。从图4c中可以看出，虽然绝对电压值与图4a和图4b相比有变化，但是对应于第一igbt32的电容器电压值46与对应于第三到第七igbt32中任一个的电容器电压值50之间存在恒定的电压差，因为第一igbt32的关断时间与第三到第七igbt32中任一个的关断时间之间的时间差恒定为200ns。

从图4b和图4c可以看出，以下两者之间存在线性关系：对应于第二igbt32的电容器电压值48与对应于第三到第七igbt32中任一个的电容器电压值50之间的电压差同第二igbt32的关断时间与第三到第七igbt32中任一个的关断时间之间的时间差，并且此线性关系与图4a中所示的线性关系相同。

因此，鉴于上述，明显的是，对应于串联连接的igbt32中的两个的电容器电压值之间的电压差与两个相同igbt32的关断时间之间的时间差成线性关系，并且此线性关系基本上不受同一串联连接中的其他igbt32的关断时间影响。此外，此线性关系可以例如在制造期间的在线测试结束期间或在开关阀30的表征例程(characterizationroutine)之后测量。这可能涉及例如以低电流水平触发开关事件。

控制器36被编程为执行补偿程序以基于此相关性而减少在下次关断事件处igbt32的关断时间之间的所述或每个时间差。

参考图5、图6a和图6b，对于具有n个串联连接的igbt32的开关阀30，补偿程序被描述如下。

控制器36包括测量装置(例如，电压传感器)，所述测量装置被配置为在关断事件之后测量每个辅助电容器的相应电容器电压值。这允许控制器36获得所测量的电容器电压值以用于补偿程序。

在补偿程序中使用测量到的电容器电压值是有利的，因为在关断事件之后，辅助电容器的能量存储能力允许在每个辅助电容器上的电压保持基本上恒定于在关断事件期间达到的最大电压，并且持续的时间长到足以以类似于dc或静态测量的方式测量电容器电压值。

测量到的igbt32的ti和tj的电容器电压值的电压差vij与igbt32的tx和tj的关断时间之间的时间差δij之间的相关性可表述为：

vij＝αijδiji，j＝1，2，...，n(1)

其中αij是相对于给定一对igbt32的相关性的线性系数。

通过将对角矩阵a定义为

随后以下关系可表示为：

v＝a·θ(3)

其中

和

矢量θ是任意igbt32的t1与其余igbt32的ti之间的相对偏移矢量，其中j＝2，3，...，n。

因此，θ的估计，表示为可从(3)获得为：

其中

的值用作参考值以调整向igbt32中的至少一个发送一个或相应关断控制信号的时间，以便减小在下次关断事件时igbt32的关断时间之间的一个或相应时间差。具体来说，向给定igbt32发送的关断控制信号被调整(如果需要)相对于对应于任意igbt32的关断时间由给出的量，而不失通用性。即，发送到igbt32ti的关断控制信号将被如下调整：

其中u是向igbt32发送的关断控制信号的矢量，并且u[j]是向igbt32tj发送的关断控制信号。

优选的目的是执行补偿程序以发出实现v＝0的控制设置，即在下一个关断事件处在任何一对igbt32的电容器电压值之间观察不到电压差。这可涉及多次重复补偿程序以使得能够在下次关断事件中多次减小igbt32的关断时间之间的所述或每个时间差。

控制器36可以包括自适应的闭环控件，所述自适应的闭环控件的一个实例在图5中示出，其中测量到的电容器电压之间的比较用作参考以调整相关性的线性系数αij，由此使得能够在线更新对角矩阵a。这使得可更新相关性，并且因此可更新对角矩阵a，以正确地对应于可随时间推移改变的开关阀30的当前开关特性。

考虑到任何时间差δij被定义为在两个绝对时间δi0和δj0之间的差值，其相对于被声明为时间0，即被表示为t0＝0的处理器扫描周期的起点来计算，那么igbt32的关断时间t1如下确定：

这保证了在时间t0处最快igbt32将接收相应关断控制信号。由于真实系统只能是因果关系的，因此在如(8)所示的之前，不可能关断任何igbt32。

也有可能通过获得应用于偏移矢量θ的平均值、最大值、最小值或任何其他信号处理技术来计算参考时间只要所有igbt32在因果时间上激发并且igbt32的关断时间不会造成可能危及开关阀30的健康和安全的不可接受的延迟即可。

因此，使用(8)，剩余igbt32的关断时间获得为：

针对j＝2，3，...，n(9)

以此方式，控制器36被编程为使用测量到的电容器电压之间的比较作为参考以调整向igbt32中的至少一个发送一个或相应关断控制信号的时间，以便减小在下次关断事件时igbt32的关断时间之间的一个或相应时间差。

在补偿程序完成之后，辅助电容器可以通过其他手段，诸如栅极驱动器负载、浮动电源电路或撬棒电路(acrowbarcircuit)的激活进行放电。

有利地，减小igbt32的关断时间之间的所述或每个时间差的能力不仅允许减小相关联的无源部件的大小，而且还消除了因使用辅助电容器的测量到的电容器电压值而造成的对极快使用仪器和数据捕获电子器件的需要。

图3的仿真模型用于评估补偿程序的可行性。

在使用仿真模型的可行性评估中，第一至第七igbt32中每一个的关断时间相对于主关断信号延迟了以下时间：分别为-25ns、15ns、120ns、30ns、250ns、300ns、0ns。此外，任何两个igbt32的电容器电压值之间的电压差与相同两个igbt32的关断时间之间的时间差之间的相关性的线性系数被设定为500v/300ns。

图6示出了使用仿真模型进行可行性评估的结果。从图6中可以看出，在补偿程序的两次迭代之后，测量到的电容器电压值就收敛到大致相同的值，这说明了补偿程序成功地减少了igbt32的关断时间之间的时间差。

图1的开关阀30的实验设置也会用于评估补偿程序的可行性。

图7示出了使用实验设置的可行性评估的结果。从图7中可以看出，在补偿程序的三次迭代之后，所测量的电容器电压值收敛到大致相同的值，这与图6所示的预测行为一致。

对于大量串联连接的igbt32，如果根据开关元件32的分层布置同时应用于所有igbt32，则补偿程序可以是计算密集的，其中分层布置是基于算法复杂度为o(n²)的全网状拓扑(fully-meshedtopology)。在图8中示出全网状拓扑。

通过在执行补偿程序时使用开关元件32的不同分层布置，可减少补偿程序的计算复杂度。

例如，控制器36可以被编程为将多个串联连接的igbt32分组成多个群组，其中每个群组包括多个串联连接的igbt32中的两个或更多个；针对每个群组，执行对同一群组的igbt32的补偿程序；然后执行对多个群组的igbt32的补偿程序。

以此方式，在多个群组之间执行在下次关断事件时igbt32的关断时间之间的所述或每个时间差的减小之前，在每个群组内执行在下次关断事件时igbt32的关断时间之间的所述或每个时间差的减小。这提供了减小在下次关断事件时igbt32的关断时间之间的所述或每个时间差的更为时间有效且不太计算密集的方式。

用于同一群组的igbt32的补偿程序可以通过以下方式执行：

·通过向同一群组的每个igbt32发送相应关断控制信号来发起关断事件；

·在所述关断事件之后测量所述同一群组的每个辅助电容器的相应电容器电压值；

·比较所述同一群组的测量到的所述电容器电压值；以及

·使用在同一群组的igbt32的测量到的电容器电压之间的比较作为参考以调整向同一群组的igbt32中的至少一个发送关断控制信号的时间，以便减小在下次关断事件时同一群组的igbt32的关断时间之间的所述或每个时间差。

用于多个群组的igbt32的补偿程序可以通过以下方式执行：

·通过向所述多个群组的每个igbt32发送相应关断控制信号来发起另一关断事件；

·在所述关断事件之后测量所述多个群组的每个辅助电容器的相应电容器电压值；

·比较所述多个群组的测量到的所述电容器电压值；以及

·使用在所述多个群组的测量到的所述电容器电压之间的比较作为参考以调整向所述多个群组的igbt32中的至少一个发送关断控制信号的时间，以便减小在下次关断事件时多个群组的igbt32的关断时间之间的所述或每个时间差。

不同的分层布置可基于图9中所示的树形拓扑，或者算法复杂度为o(nlog(n))的星形拓扑。因此，用于多个群组的igbt32的补偿程序可以通过以下方式执行：

为所述组群组的igbt32执行补偿程序，其中所述组群组首先在分层布置中进行排序；

将所述多个群组中的一个或多个添加到所述组群组中，其中所述或每个附加群组在所述分层布置中接着排序；以及

然后，为包括所述附加群组或每个附加群组的所述组群组的igbt32执行补偿程序。

任选地，在对所述多个群组的igbt32执行补偿程序之前，可以使群组在分层布置中的排序随机化和/或可以使所使用的分层布置的类型随机化。这一方式不仅增强了补偿程序的结果，而且还防止补偿程序受到依赖于特定分层布置可能产生的稳态偏差的不利影响。

可选地，在本发明的实施例中，控制器可包括多个本地控制单元和更高级别控制单元。每个本地控制单元可被编程为向相应igbt32发送相应关断控制信号。每个本地控制单元可以被配置成经由无源光学网络与所述更高级别控制单元通信。每个本地控制单元可被编程为向更高级别控制单元发送相应辅助电容器的所测量的电容器电压值。更高级别控制单元可以被编程为比较测量到的电容器电压值和使用测量到的电容器电压之间的比较作为参考来调整向igbt32中的至少一个发送一个或相应关断控制信号的时间，以便减小在下次关断事件时igbt32的关断时间之间的一个或相应时间差。更高级别控制单元可被编程为向每个或相应本地控制单元发送所述或每个调整时间。