Método para el accionamiento de un circuito de convertidor, en el que el circuito de convertidor presenta una unidad de convertidor (1) con una pluralidad de conmutadores de semiconductor de potencia controlables y un circuito de almacenamiento de energía (2) formado por dos condensadores conectados en serie,

en el que se controlan los conmutadores de semiconductor de potencia controlables mediante una señal de control (S) formada a partir de un vector de señal de histéresis (x), y el vector de señal de histéresis (x) se forma a partir de un vector de corriente de conexión de fase de diferencia (?ifi,i) mediante un regulador de histéresis (6), y el vector de corriente de conexión de fase de diferencia (?ifi, i) se forma a partir de la sustracción de un vector de corriente de conexión de fase (ifi,i) de un vector de corriente de conexión de fase de referencia (ifi,i,ref), formándose el vector de corriente de conexión de fase de referencia (ifi,i,ref) a partir de un valor de potencia activa de diferencia (Pdif), un valor de potencia reactiva de diferencia (Qdif) y un vector de flujo de fase (?g,aß),

caracterizado por que para la formación del vector de corriente de conexión de fase de diferencia (?ifi,i) se sustrae adicionalmente un valor de corrección de corriente (i0),

por que el valor de corrección de corriente (i0) se forma por integración de un valor medio de tensión de conexión de fase (uinv,A) y

por que el valor medio de tensión de conexión de fase (uinv,A) se forma por la determinación del valor medio aritmético de la tensión de conexión de fase (uinv,iM) con punto de referencia del punto de unión (M) de los condensadores del circuito de almacenamiento de energía (2)

Método para el accionamiento de un circuito de convertidor, así como un dispositivo para la ejecución del método.

Campo técnico

La invención se refiere al campo de la electrónica de potencia. Se basa en un método para el accionamiento de un circuito de convertidor, así como en un dispositivo para la ejecución del método de acuerdo con el preámbulo de las reivindicaciones independientes.

Estado de la técnica

Los circuitos de convertidor convencionales comprenden una unidad de convertidor con una pluralidad de conmutadores de semiconductor de potencia controlables, que están conectados de manera conocida para la conmutación de al menos dos niveles de tensión de activación. En cada conexión de fase de la unidad de convertidor puede estar conectado además, a modo de ejemplo, un filtro de LCL. En la Figura 1 se muestra una realización de un dispositivo para la ejecución de un método para el accionamiento de un circuito de convertidor de acuerdo con el estado de la técnica. En la misma, el circuito de convertidor presenta una unidad de convertidor 1. Con la unidad de convertidor 1 de acuerdo con la Figura 1 está unido un circuito de almacenamiento de energía 2, que se forma habitualmente por dos condensadores conectados en serie. Para el accionamiento del circuito de convertidor se proporciona un dispositivo, que presenta un equipo de regulación 15 para la producción de un vector de señal de histéresis x, que está unido a través de un circuito de control 3 para la formación de una señal de control S a partir del vector de señal de histéresis x con los conmutadores de semiconductor de potencia controlables de la unidad de convertidor 1. Mediante la señal de control S se controlan por tanto los conmutadores de semiconductor de potencia. El vector de señal de histéresis x se forma mediante un regulador de histéresis 6 a partir de un vector de corriente de conexión de fase de diferencia ?i_fi,i. El vector de corriente de conexión de fase de diferencia ?i_fi,i a su vez se forma a partir de la sustracción de un vector de corriente de conexión de fase i_fi,i de un vector de corriente de conexión de fase de referencia i_fi,i,ref, formándose el vector de corriente de conexión de fase de referencia i_fi,i,ref mediante una primera unidad de cálculo 5 a partir de un valor de potencia activa de referencia P_ref, un valor de potencia reactiva de referencia Q_ref y un vector de flujo de fase ?_g,aß.

Es problemático en un método que se han mencionado anteriormente para el accionamiento de un circuito de convertidor que por la formación del vector de corriente de conexión de fase de referencia i_fi,i,ref a partir del valor de potencia activa de referencia P_ref, a partir del valor de potencia reactiva de referencia Q_ref y a partir del vector de flujo de fase ?_g,aß, la frecuencia de conmutación de los conmutadores de semiconductor de potencia varía muy intensamente. Por una frecuencia de conmutación altamente variable de este tipo se aumentan significantemente las oscilaciones armónicas en las corrientes de conexión de fase i_fg,i y en las tensiones de conexión de fase u_inv,i de la unidad de convertidor. En la Figura 4 se representa a este respecto un desarrollo temporal correspondiente de una corriente de conexión de fase i_fg,1 afectada intensamente por oscilaciones armónicas para una fase. Durante la conexión del circuito de convertidor, a modo de ejemplo, a una red eléctrica de un consorcio, no se desean o no se permiten tales altos contenidos armónicos. Durante la conexión del circuito de convertidor, a modo de ejemplo, a una carga eléctrica, tales oscilaciones armónicas pueden conducir a daños o incluso destrucciones y, de este modo, son altamente indeseadas.

Se mencionan como estado de la técnica los documentos "A Comparative Study of Control Techniques for PWM rectifiers in AC Adjustable Speed Drivers", Malinowski, Trzynadlowski y "A Generalizad Control Scheme for active front-end mutivel converters", Hernandez, Morán.

Representación de la invención

Por tanto, es objetivo de la invención indicar un método para el accionamiento de un circuito de convertidor, mediante el que se pueda mantener aproximadamente constante la frecuencia de conmutación de conmutadores de semiconductor de potencia controlables de una unidad de convertidor del circuito de convertidor.

Además, es el objetivo de la invención, indicar un dispositivo, con el que se pueda ejecutar el método de una manera particularmente sencilla.

Estos objetivos se resuelven por las características de la reivindicación 1 o de la reivindicación 9. En las reivindicaciones dependientes se indican perfeccionamientos ventajosos de la invención.

El circuito de convertidor presenta una unidad de convertidor con una pluralidad de conmutadores de semiconductor de potencia controlables y un circuito de almacenamiento de energía formado por dos condensadores conectados en serie. En el método de acuerdo con la invención para el accionamiento del circuito de convertidor se controlan en este caso los conmutadores de semiconductor de potencia controlables mediante una señal de control formada por un vector de señal de histéresis, formándose el vector de señal de histéresis a partir de un vector de corriente de conexión de fase de diferencia mediante un regulador de histéresis y formándose el vector de corriente de conexión de fase de diferencia a partir de la sustracción de un vector de corriente de conexión de fase de un vector de corriente de conexión de fase de referencia. El vector de corriente de conexión de fase de referencia se forma además a partir de un valor de potencia activa de referencia, un valor de potencia reactiva de referencia y un vector de flujo de fase. De acuerdo con la invención, se sustrae para la formación del vector de corriente de conexión de fase de diferencia adicionalmente un valor de corrección de corriente, donde el valor de corrección de corriente se forma por la integración de un valor medio de tensión de conexión de fase, el valor medio de tensión de conexión de fase se forma por la determinación del valor medio aritmético de la tensión de conexión de fase con punto de referencia del punto de unión de los condensadores del circuito de almacenamiento de energía. El valor de corrección de corriente formado de esta manera provoca que la frecuencia de conmutación de los conmutadores de semiconductor de potencia controlables de la unidad de convertidor se pueda mantener ventajosamente aproximadamente constante. Por la frecuencia de conmutación en mayor medida constante a su vez se pueden mantener reducidas ventajosamente las oscilaciones armónicas en las corrientes de conexión de fase y en las tensiones de conexión de fase de la unidad de convertidor.

El dispositivo de acuerdo con la invención para la ejecución del método para el accionamiento del circuito de convertidor presenta un equipo de regulación que sirve para la producción de un vector de señal de histéresis, que está unido a través de un circuito de control para la formación de la señal de control con los conmutadores de semiconductor de potencia controlables, presentando el equipo de regulación un regulador de histéresis para la formación del vector de señal de histéresis a partir del vector de corriente de conexión de fase de diferencia, un primer sumador para la formación de un vector de corriente de conexión de fase de diferencia a partir de la sustracción del vector de corriente de conexión de fase del vector de corriente de conexión de fase de referencia y una primera unidad de cálculo para la formación del vector de corriente de conexión de fase de referencia a partir del valor de potencia activa de referencia, el valor de potencia reactiva de referencia y el vector de flujo de fase. Además, se añade al primer sumador para la formación del vector de corriente de conexión de fase de diferencia adicionalmente el valor de corrección de corriente para la formación del vector de corriente de conexión de fase de diferencia a partir de la sustracción del vector de corriente de conexión de fase y del valor de corrección de corriente del vector de corriente de conexión de fase de referencia. Además de eso, el equipo de regulación comprende un integrador para la formación del valor de corrección de corriente por la integración de un valor medio de tensión de conexión de fase y un formador de valor medio para la formación del valor medio de tensión de conexión de fase por la determinación del valor medio aritmético...

1. Método para el accionamiento de un circuito de convertidor, en el que el circuito de convertidor presenta una unidad de convertidor (1) con una pluralidad de conmutadores de semiconductor de potencia controlables y un circuito de almacenamiento de energía (2) formado por dos condensadores conectados en serie,

en el que se controlan los conmutadores de semiconductor de potencia controlables mediante una señal de control (S) formada a partir de un vector de señal de histéresis (x), y el vector de señal de histéresis (x) se forma a partir de un vector de corriente de conexión de fase de diferencia (?i_fi,i) mediante un regulador de histéresis (6), y el vector de corriente de conexión de fase de diferencia (?i_{fi, i}) se forma a partir de la sustracción de un vector de corriente de conexión de fase (i_fi,i) de un vector de corriente de conexión de fase de referencia (i_fi,i,ref), formándose el vector de corriente de conexión de fase de referencia (i_fi,i,ref) a partir de un valor de potencia activa de diferencia (P_dif), un valor de potencia reactiva de diferencia (Q_dif) y un vector de flujo de fase (?_g,aß),

por que para la formación del vector de corriente de conexión de fase de diferencia (?i_fi,i) se sustrae adicionalmente un valor de corrección de corriente (i₀),

por que el valor de corrección de corriente (i₀) se forma por integración de un valor medio de tensión de conexión de fase (u_inv,A) y

por que el valor medio de tensión de conexión de fase (u_inv,A) se forma por la determinación del valor medio aritmético de la tensión de conexión de fase (u_inv,iM) con punto de referencia del punto de unión (M) de los condensadores del circuito de almacenamiento de energía (2).

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el vector de flujo de fase (?_g,aß) se forma a partir del vector de corriente de conexión de fase (i_fi,i), a partir de la señal de control (S) y a partir de un valor de tensión continua (u_DC) actual del circuito de almacenamiento de energía (2).

3. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que en cada conexión de fase de la unidad de convertidor (1) se conecta un filtro de LCL (L_f,i,C_fi,L_fg,i), por que el valor de potencia activa de diferencia (P_dif) se forma a partir de la sustracción de un valor de potencia activa de atenuación (P_d) de la suma de un valor de potencia activa de referencia (P_ref) y al menos un valor de potencia activa de oscilación armónica de compensación (P_h) con referencia a la oscilación fundamental del vector de corriente de salida del filtro (i_fg,i) de los filtros de LCL, formándose el valor de potencia activa de atenuación (P_d) a partir de una suma ponderada con una factor de atenuación (K_d) ajustable de una multiplicación de un componente de a de la transformación de vector espacial de corrientes de capacitancia del filtro (i_Cfa) de los filtros de LCL con un componente de a de la transformación de vector espacial (i_fia) de los componentes del vector de corriente de conexión de fase (i_fi,i), y una multiplicación del componente de ß de la transformación de vector espacial de corrientes de capacitancia del filtro (i_Cfß) de los filtros de LCL con un componente de ß de la transformación de vector espacial (i_fiß) de los componentes del vector de corriente de conexión de fase (i_fi,i), por que el valor de potencia reactiva de diferencia (Q_dif) se forma a partir de la sustracción de la suma de un valor de potencia reactiva de referencia (Q_ref) y al menos un valor de potencia reactiva de oscilación armónica de compensación (Q_h) con referencia a la oscilación fundamental del vector de corriente de salida del filtro (i_fg,i) de los filtros de LCL, formándose el valor de potencia reactiva de atenuación (Q_d) a partir de una diferencia ponderada con un factor de atenuación (k_d) ajustable de una multiplicación del componente de ß de la transformación de vector espacial de corrientes de capacitancia del filtro (i_Cfß) de los filtros de LCL con el componente de a de la transformación de vector espacial (i_fia) de los componentes del vector de corriente de conexión de fase (i_fi,i) y una multiplicación del componente de a de la transformación de vector espacial de corrientes de capacitancia del filtro (i_Cfa) de los filtros de LCL con el componente de ß de la transformación de vector espacial (i_fiß) de los componentes del vector de corriente de conexión de fase (i_fi,i).

4. Método de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que para la formación del valor de potencia reactiva de diferencia (Q_dif) se adiciona adicionalmente un valor de potencia reactiva de compensación (Q_comp), formándose el valor de potencia reactiva de compensación (Q_comp) por el filtrado de paso bajo de un valor de potencia reactiva de capacitancia del filtro (Q_Cf) estimado.

5. Método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que el valor de potencia reactiva de capacitancia del filtro (Q_Cf) estimado se forma a partir del componente de a de la transformación de vector espacial de las corrientes de capacitancia del filtro (i_Cfa), a partir del componente de ß de la transformación de vector espacial de la corrientes de capacitancia del filtro (i_Cfß), a partir de un vector de flujo de capacitancia del filtro (?_Cf,_aß) estimado y a partir del ángulo de oscilación fundamental (?t) con referencia a la oscilación fundamental del vector de corriente de salida del filtro (i_fg,i).

6. Método de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que el vector de flujo de capacitancia del filtro (?_Cf,_aß) se forma a partir de un valor de tensión continua (u_DC) actual del circuito de almacenamiento de energía (2), a partir de la señal de control (S), a partir del componente de a de la transformación de vector espacial (i_fia) de los componentes del vector de corriente de conexión de fase (i_fi,i) y a partir del componente de ß de la transformación de vector espacial (i_fiß) de los componentes del vector de corriente de conexión de fase (i_fi,i).

7. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizado por que el valor de potencia activa de oscilación armónica de compensación (P_h) y el valor de potencia reactiva de oscilación armónica de compensación (Q_h) se forma respectivamente a partir del componente de a de la transformación de vector espacial de las corrientes de salida del filtro (i_fga), a partir del componente de ß de la transformación de vector espacial de las corrientes de salida del filtro (i_fgß), a partir de un componente de a de la transformación de vector espacial de flujos de salida del filtro (?_La), a partir de un componente de ß de la transformación de vector espacial de flujos de salida del filtro (?_Lß) y a partir del ángulo de oscilación fundamental (?t) con referencia a la oscilación fundamental del vector de corriente de salida del filtro (i_fg,i).

8. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el valor de potencia activa de diferencia (P_dif) corresponde con un valor de potencia activa de referencia (P_ref) que se puede predefinir, y

por que el valor de potencia a reactiva de diferencia (Q_dif) corresponde con un valor de potencia reactiva de referencia (Q_ref) que se puede predefinir.

9. Dispositivo para la ejecución de un método para el accionamiento de un circuito de convertidor, en el que el circuito de convertidor presenta una unidad de convertidor (1) con una pluralidad de conmutadores de semiconductor de potencia controlables y un circuito de almacenamiento de energía (2) formado por dos condensadores conectados en serie,

con un equipo de regulación (15) que se sirve para la producción de un vector de señal de histéresis (x), que está unido a través de una circuito de control (3) para la formación de una señal de control (S) con los conmutadores de semiconductor de potencia controlables, presentando el equipo de regulación (15) un regulador de histéresis (6) para la formación de un vector de señal de histéresis (x) a partir de un vector de corriente de conexión de fase de diferencia (?i,_fi,i), un primer sumador (16) para la formación del vector de corriente de conexión de fase de diferencia (?i,_fi,i) a partir de la sustracción de un vector de corriente de conexión de fase (i_fi,i) de un vector de corriente de conexión de fase de referencia (i_fi,_i,ref) y una primera unidad de cálculo (5) para la formación del vector de corriente de conexión de fase de referencia (i_fi,i,ref) a partir de un valor de potencia activa de diferencia (P_dif), un valor de potencia reactiva de diferencia (Q_dif) y un vector de flujo de fase (?_g,aß),

por que se añade al primer sumador (16) para la formación del vector de corriente de conexión de fase de diferencia (?i_fi,i) adicionalmente un valor de corrección de corriente (i₀) para la formación del vector de corriente de conexión de fase de diferencia (?i_fi,i) a partir de la sustracción del vector de corriente de conexión de fase (i_fi,i) y del valor de corrección de corriente (i₀) del vector de corriente de conexión de fase (i_fi,i,_ref),

por que el equipo de regulación (15) comprende un integrador (8) para la formación del valor de corrección de corriente (i₀) por integración de un valor medio de tensión de conexión de fase (u_inv.A), y un formador de valor medio (7) para la formación del valor medio de tensión de conexión de fase (u_inv.A) por la determinación del valor medio aritmético de las tensiones de conexión de fase (u_inv.iM) con punto de referencia del punto de unión (M) de los condensadores del circuito de almacenamiento de energía (2).

10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que la unidad de regulación (15) presenta una segunda unidad de cálculo (4) para la formación del vector de flujo de fase (?_g,aß) a partir del vector de corriente de conexión de fase (i_fi,i), a partir de la señal de control (S) y a partir de un valor de tensión continua (u_DC) actual del circuito de almacenamiento de energía (2).

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10, caracterizado por que en cada conexión de fase de la unidad de convertidor (1) está conectado un filtro de LCL (L_f,i, C_fi, L_fg,i),

por que el equipo de regulación (15) presenta un segundo sumador (13) para la formación del valor de potencia activa de diferencia (P_dif) de la sustracción de un valor de potencia activa de atenuación (P_d) de la suma de un valor de potencia activa de referencia (P_ref) y al menos un valor de potencia activa de oscilación armónica de compensación (P_h) con referencia a la oscilación fundamental del vector de corriente de salida del filtro (i_fg,_i) de los filtros de LCL, presentando el equipo de regulación (15) una tercera unidad de cálculo (9) para la formación del valor de potencia activa de atenuación (P_d) a partir de una suma ponderada con un factor de atenuación (k_d) ajustable de una multiplicación de un componente de a de la transformación de vector espacial de corrientes de capacitancia del filtro (i_Cfa) de los filtros de LCL con un componente de a de la transformación de vector espacial (i_fia) de los componentes del vector de corriente de conexión de fase (i_fi,i) y una multiplicación del componente de ß de la transformación de vector espacial de corrientes de capacitancia del filtro (i_Cfß) de los filtros de LCL con un componente de ß de la transformación de vector espacial (i_fiß) de los componentes del vector de corriente de conexión de fase (i_fi,i)

por que el equipo de regulación (15) presenta un tercer sumador (14) para la formación del valor de potencia reactiva de diferencia (Q_dif) a partir de la sustracción de la suma de un valor de potencia reactiva de referencia (Q_ref) y al menos un valor de potencia reactiva de oscilación armónica de compensación (Q_h) con referencia a la oscilación fundamental del vector de corriente de salida del filtro (i_fg,i) de los filtros de LCL, sirviendo la tercera unidad de cálculo (9) adicionalmente para la formación del valor de potencia reactiva de atenuación (Q_d) a partir de una diferencia ponderada con el factor de atenuación (k_d) ajustable de una multiplicación del componente de ß de la transformación de vector espacial de corrientes de capacitancia del filtro (i_Cfß) de los filtros de LCL con el componente de a de la transformación de vector espacial (i_fia) de los componentes del vector de corriente de conexión de fase (i_fi,i) y una multiplicación del componente de a de la transformación de vector espacial de corrientes de capacitancia del filtro (i_Cfa) de los filtros LCL con el componente de ß de la transformación de vector espacial (i_fiß) de los componentes del vector de corriente de conexión de fase (i_fi,i).

12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado por que se añade al tercer sumador para la formación del valor de potencia reactiva de diferencia (Q_dif) adicionalmente un valor de potencia reactiva de compensación (Q_comp), formándose el valor de potencia reactiva de compensación (Q_comp) sometiendo un valor de potencia reactiva de capacitancia del filtro (Q_Cf) estimado a un filtrado de paso bajo mediante un filtro de paso bajo (12).

13. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado por que el equipo de regulación (15) presenta una cuarta unidad de cálculo (10) para la formación del valor de potencia reactiva de capacitancia del filtro (Q_Cf) estimado a partir del componente de a de la transformación de vector espacial de las corrientes de capacitancia del filtro (i_Cfa), a partir del componente de ß de la transformación de vector espacial de las corrientes de capacitancia del filtro (i_Cfß), a partir de un vector de flujo de capacitancia del filtro (?_Cf,aß) estimado y a partir del ángulo de oscilación fundamental (?t) con la referencia a la oscilación fundamental del vector de corriente de salida del filtro (i_fg,i).

14. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado por que la segunda unidad de cálculo (4) sirve adicionalmente para la formación del vector de flujo de capacitancia del filtro (?_Cf,aß) estimado a partir de un valor de tensión continua (u_DC) actual del circuito de almacenamiento de energía (2), a partir de la señal de control (S), a partir del componente de a de la transformación de vector espacial (i_fia) de los componentes del vector de corriente de conexión de fase (i_fi,i) y a partir del componente de ß de la transformación de vector espacial (i_fiß) de los componentes del vector de corriente de conexión de fase (i-_fi,i).

15. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado por que el equipo de regulación (15) presenta una quinta unidad de cálculo (11) para la formación del valor de potencia activa de oscilación armónica de compensación (P_h) y del valor de potencia reactiva de oscilación armónica de compensación (Q_h) respectivamente a partir de un componente de a de la transformación de vector espacial de las corrientes de salida del filtro (i_fga), a partir del componente de ß de la transformación de vector espacial de las corrientes de salida del filtro (i_fgß), a partir de un componente de a de la transformación de vector espacial de flujos de salida del filtro (?_La), a partir de un componente de ß de la transformación de vector espacial de flujos de salida del filtro (?_Lß) y partir del ángulo de oscilación fundamental (?t) con referencia a la oscilación fundamental del vector de corriente de salida del filtro (i_fg,i).

16. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que el valor de potencia activa de diferencia (P_dif) corresponde con un valor de potencia activa de referencia (P_ref) que se puede predefinir, y por que el valor de potencia reactiva de diferencia (Q_dif) corresponde con un valor de potencia reactiva de referencia (Q_ref) que se puede predefinir.