CN108174622B - 模块化多电平变换器谐波注入***和方法 - Google Patents

模块化多电平变换器谐波注入***和方法 Download PDF

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Abstract

用以改进模块化多电平变换器的操作的***和方法。一些实施例包括具有第一有源电力连接模块的第一上臂和具有第二有源电力连接模块的第一下臂，第一上臂有助于产生处于基础频率的第一交流电力的第一部分，并且有助于在第一上臂中注入基础频率的第一偶次电流谐波，第一下臂有助于产生第一交流电的第二部分，其中第一交流电的第一部分和交流电的第二部分被组合以有助于在第一交流端子处输出第一交流电力，并且有助于在第一下臂中注入第一偶次电流谐波，其中第一偶次电流谐波的量值在第一交流端子处为零。

Description

模块化多电平变换器谐波注入***和方法
背景技术
本公开总体上涉及模块化多电平变换器(MMC)，更具体地，涉及改进模块化多电平变换器的能量存储能力。
通常，模块化多电平变换器可以用于电压***，例如高压直流(HVDC)***或高压交流(HVAC)***。更具体地，可以采用模块化多电平变换器以在交流(AC)电力和直流(DC)电力之间进行变换。例如，在HVDC***中，模块化多电平变换器可以将从AC电网接收到的高压AC电力变换为供应到DC电网或存储部件(例如电池)的高压DC电力。此外，模块化多电平变换器可以将从DC电网或存储部件接收到的高压DC电力变换为供应到AC电网的高压AC电力。
发明内容
以下总结了与初始要求保护的发明范围相一致的某些实施例。这些实施例不希望限制所主张的发明的范围，相反，这些实施例仅希望提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可涵盖可类似于或不同于下文阐述的实施例的多种形式。
在一个实施例中，模块化多电平变换器包括具有第一有源电力连接模块的第一上臂，其中第一有源电力连接模块将第一超级电容器与第一上臂选择性地连接和断开，以有助于产生处于基础频率的第一交流电力的第一部分，并有助于在第一上臂中注入基础频率的第一偶次电流谐波。模块化多电平变换器包括具有第二有源电力连接模块的第一下臂，其中第二有源电力连接模块将第二超级电容器与第一下臂选择性地连接和断开，以有助于产生第一交流电的第二部分，其中第一交流电的第一部分和交流电的第二部分被组合以有助于在第一交流端子处输出第一交流电力并在第一下臂中注入第一偶次电流谐波，其中第一偶次电流谐波的量值在第一交流端子处为零，其中当模块化多电平变换器操作时，第一偶次电流谐波有助于减小在第一超级电容器中流动的均方根电流和在第二超级电容器中流动的均方根电流。
在另一个实施例中，电力***包括电联接在直流侧和交流侧之间的模块化多电平变换器，其中模块化多电平变换器将处于基础频率的交流电力输出到交流侧。电力***还包括可通信地联接到模块化多电平变换器的控制器，其中控制器：指示模块化多电平变换器选择性地连接和断开一个或多个存储部件以产生交流电力；确定模块化多电平变换器的操作参数；至少部分地基于操作参数确定谐波注入参数；以及至少部分地基于谐波注入参数指示模块化多电平变换器将处于基础频率的一个或多个偶次谐波注入到多电平变换器的支路中，使得所述一个或多个偶次谐波减小由一个或多个存储部件传导的电流的均方根。
在另一个实施例中，一种有形的、非暂时性计算机可读介质，其存储可由控制器的处理器执行的指令。所述指令包括用于以下操作的指令：使用处理器指示模块化多电平变换器通过选择性地连接和断开存储电能的多个存储部件而将处于基础频率的交流电力输出到模块化多电平变换器的支路；使用处理器至少部分地基于传感器测量结果和从控制器传输到模块化多电平变换器的控制信号来确定模块化多电平变换器的操作参数；使用处理器至少部分地基于操作参数和校准数据确定谐波注入参数，其中校准数据描述操作参数与一组参数之间的关系，利用所述一组参数将基础频率的偶次谐波注入模块化多电平变换器的支路中以减小由所述多个存储部件中的每一个传导的电流的均方根；以及使用处理器至少部分地基于谐波注入参数指示模块化多电平变换器注入偶次谐波。
附图说明
当参考附图阅读下面的详细说明时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有附图中类似的标记表示类似的部件，在附图中：
图1是根据一个实施例的包括模块化多电平变换器的电压***的框图；
图2是根据一个实施例的包括多个有源电力连接模块的图1的模块化多电平变换器的框图；
图3是根据一个实施例的图2的有源电力连接模块的框图；
图4是根据一个实施例的用于操作图1的模块化多电平变换器的过程的流程图；
图5A是根据一个实施例的当在稳态逆变器模式下操作时上臂电流和下臂电流的曲线图；
图5B是根据一个实施例的当在稳态逆变器模式下操作时上部超级电容器电流和下部超级电容器电流的曲线图；
图5C是根据一个实施例的当在稳态逆变器模式下操作时的上部超级电容器占空比的曲线图；
图5D是根据一个实施例的当在稳态逆变器模式下操作时的分支电流、上部超级电容器电压和下部超级电容器电压的曲线图；
图6A是根据一个实施例的图5C的上部超级电容器占空比的频率分量的曲线图；
图6B是根据一个实施例的图5A的上臂电流的频率分量的曲线图；
图6C是根据一个实施例的图5B的上部超级电容器电流的频率分量的曲线图；
图7A是根据一个实施例的当在暂态逆变器模式下操作时上臂电流和下臂电流的曲线图；
图7B是根据一个实施例的当在暂态逆变器模式下操作时的上部超级电容器电流和下部超级电容器电流的曲线图；
图7C是根据一个实施例的当在暂态逆变器模式下操作时的上部超级电容器占空比的曲线图；
图7D是根据一个实施例的当在暂态逆变器模式下操作时的分支电流和上部存储部件电压以及下部存储部件电压的曲线图；
图8A是根据一个实施例的图7C的占空比的频率分量的曲线图；
图8B是根据一个实施例的图7A的上臂电流的频率分量的曲线图；
图8C是根据一个实施例的图7B的上部存储部件电流的频率分量的曲线图；
图9是根据一个实施例的用于调谐用于确定谐波注入参数的校准数据的过程的流程图；
图10是根据一个实施例的表示校准数据的一部分的曲线图，该校准数据描述了当在稳态逆变器模式下操作时谐波注入角、调制指数和功率因数之间的关系；
图11是根据一个实施例的表示校准数据的一部分的曲线图，该校准数据描述了当在稳态逆变器模式下操作时谐波注入量值、调制指数和功率因数之间的关系；
图12是根据一个实施例的用于在模块化多电平变换器中注入谐波的过程的流程图；
图13A是根据一个实施例的当在具有谐波注入的稳态逆变器模式下操作时上臂电流和下臂电流的曲线图；
图13B是根据一个实施例的当在具有谐波注入的稳态逆变器模式下操作时上部存储部件电流和下部存储部件电流的曲线图；
图13C是根据一个实施例的当在具有谐波注入的稳态逆变器模式下操作时图3的功率存储模块的占空比的曲线图；
图13D是根据一个实施例的当在具有谐波注入的稳态逆变器模式下操作时分支电流和上部存储部件电压以及下部存储部件电压的曲线图；
图14A是根据一个实施例的图13C的占空比的频率分量的曲线图；
图14B是根据一个实施例的图13A的上臂电流的频率分量的曲线图；
图14C是根据一个实施例的图13B的上部存储部件电流的频率分量的曲线图；
图15是根据一个实施例的当在稳态逆变器模式下操作时具有谐波注入和不具有谐波注入的均方根存储部件电流的曲线图；
图16A是根据一个实施例的当在具有谐波注入的暂态逆变器模式下操作时上臂电流和下臂电流的曲线图；
图16B是根据一个实施例的当在具有谐波注入的暂态逆变器模式下操作时上部存储部件电流和下部存储部件电流的曲线图；
图16C是根据一个实施例的当在具有谐波注入的暂态逆变器模式下操作时图3的功率存储模块的占空比的曲线图；
图16D是根据一个实施例的当在具有谐波注入的暂态逆变器模式下操作时分支电流和上部存储部件电压以及下部存储部件电压的曲线图；
图17A是根据一个实施例的图16C的占空比的频率分量的曲线图；
图17B是根据一个实施例的图16A的上臂电流的频率分量的曲线图；
图17C是根据一个实施例的图16B的上部存储部件电流的频率分量的曲线图；以及
图18是根据一个实施例的当在暂态逆变器模式下操作时具有谐波注入和不具有谐波注入的均方根存储部件电流的曲线图。
具体实施方式
下面将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要描述，可能无法在本说明书中描述实际实施方案的所有特征。应当理解，随着如任何工程或设计项目中的任何这种实际实施方案的开发，大量的针对实施方案的决策都实现开发者的具体目标，例如遵守在实施方案之间可能不同的与***相关和与商业相关的约束。此外，应了解，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但对于受益于本发明的所属领域的一般技术人员来说，这些都是设计、制造和生产中的常规任务。
在介绍本发明的各种实施例的元素时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示存在元件中的一个或多个。术语“包括”和“具有”意图为包括性的并且意味着可能存在除了所列元件之外的额外元件。
通常，可以采用模块化多电平变换器(MMC)以将交流(AC)电力变换成直流(DC)电力和/或将DC电力变换成AC电力。因此，模块化多电平变换器通常用于电压***中，例如，以便于在高压直流(HVDC)***、高压交流(HVAC)***、中压直流(MVDC)***、中压交流(MVDC)***或它们的任意组合中从发电机向负载传输高压电力。
例如，在HVDC***中，AC发电机(例如，风力涡轮机、燃气涡轮机等)可以产生高压AC电力，其可以经由第一AC电网传输。然后，第一模块化多电平变换器可以将高压AC电力变换为高压DC电力。在一些实施例中，高压DC电力可以存储在电池中以供后续使用。在其它实施例中，高压DC电力可以被提供给DC电网以用于传输。在这样的实施例中，第二模块化多电平变换器然后可以将高压DC电力变换回到高压AC电力，该高压AC电力可以经由第二AC电网传输到负载。换句话说，模块化多电平变换器可以通过将AC电力变换为DC电力和/或将DC电力变换为AC电力而有助于电力的传输。
为了有助于这种变换，模块化多电平变换器可以包括联接在AC侧和DC侧之间的多个支路。例如，当输入/输出一相AC电力时，模块化多电平变换器可以包括联接在AC侧和DC侧之间的两个支路。此外，当输入/输出三相AC电力时，模块化多电平变换器可以包括联接在AC侧和DC侧之间的三个支路。
每个支路可以包括选择性地连接和断开的多个存储部件。例如，当输入AC电力时，每个支路上的存储部件可以选择性地连接以控制存储部件的充电。另一方面，当输出AC电力时，每个支路上的存储部件可以选择性地连接以控制AC电力的大小。因此，各种类型的存储部件可以适合在模块化多电平变换器中使用。例如，在一些实施例中，模块化多电平变换器可以采用电容器作为存储部件。在其它实施例中，模块化多电平变换器可以采用超级电容器作为存储部件。
通常，在模块化多电平变换器使用的不同类型的存储部件之间可能存在折衷。例如，与标准电容器相比，超级电容器可以提供增加的存储能力。事实上，在一些实施例中，超级电容器可以使得模块化多电平变换器能够在延长的持续时间内输出AC电力，而无需从DC侧汲取电力。以这种方式，模块化多电平变换器可以用作缓冲器，以通过暂时绕过DC侧来减少从DC侧汲取的谐波电流。然而，超级电容器对低于1kHz范围的大电流的耐受性也可能比标准电容器差。更具体地，大电流可以导致超级电容器中的发热增加，这可以增加温度并降低寿命。
因此，如将在下面更详细描述的，本公开描述了通过有助于减小由存储部件传导的均方根(RMS)电流来有助于在模块化多电平变换器中使用电流敏感存储部件(例如超级电容器)的技术。在一些实施例中，可以通过将一个或多个偶次谐波(例如，输出AC电力频率的偶数倍)注入模块化多电平变换器中来减小RMS电流。
更具体地，如上所述，模块化多电平变换器可以包括电联接在AC侧和DC侧之间的多个相支路。每个相支路可以包括电联接在模块化多电平变换器的正DC端子和AC端子之间的上臂。此外，每个相支路可以包括电联接在模块化多电平变换器的负DC端子和AC端子之间的下臂。
此外，每个臂可以包括一个或多个存储部件模块(例如，有源电力连接模块)，每个存储部件模块选择性地连接和断开存储部件(例如，超级电容器)，以控制到其对应的AC端子的AC电力的输出。例如，当连接时，超级电容器可以向AC端子输出电力。另一方面，当断开时，超级电容器可以停止向AC端子输出电力。这样，连接在每个臂上的多个存储部件可以控制从模块化多电平变换器供应的AC电力的量值、相和/或频率。
换句话说，当连接时，来自臂的电流可以流入存储部件中以对存储部件充电，并且从存储部件流出以有助于产生AC电力。然而，存储部件中的电流可以与存储部件的温度直接相关。例如，超级电容器(例如，存储部件)中的较高RMS电流可以增加其温度，从而减少超级电容器的寿命。另一方面，超级电容器中较低的RMS电流可以降低其温度，从而增加超级电容器的寿命。
因此，为了减小由存储部件传导的RMS电流，模块化多电平变换器可以注入(例如引入)一个或多个谐波。在一些实施例中，谐波可以是输出AC电频率(例如，基础频率)的偶数倍。例如，当基础频率为60hz时，模块化多电平变换器可以在每个相支路中注入处于120Hz的二次谐波。
在一些实施例中，可以确定一个或多个谐波的参数(例如，角度和量值)，使得存储部件电流量值的范围减小，从而减小RMS电流。更具体地，谐波的参数(例如，角度和量值)可以基于模块化多电平变换器的操作参数来确定，操作参数例如操作模式、AC端子电流、AC端子电压、模块化多电平变换器的功率因数、DC端子电流、DC端子电压、模块化多电平变换器的调制指数、存储部件利用率、存储部件电压、每个臂的存储部件数量、使用系数等。
例如，当基础频率为60Hz时，模块化多电平变换器可注入120Hz(例如，二次)谐波，其具有降低处于60Hz和120Hz(例如，基础频率的两倍)的存储部件电流的量值的参数。然而，120Hz谐波还可以增加处于180Hz的存储部件电流的量值。然而，处于较低频率(例如，基础频率和基础频率的两倍)的存储部件电流的量值的减小可以大于处于较高频率(例如，基础频率的三倍)的存储部件电流的量值的增大，由此减小超级电容器的RMS电流。
此外，可以注入一个或多个谐波，使得从AC侧和DC侧的角度来看，模块化多电平变换器的操作大体保持相同。在一些实施例中，可以在每个支路中注入一个或多个谐波，使得它们抵消。例如，当模块化多电平变换器包括两个支路时，可以在第一支路中注入第一谐波，并且可以在第二支路中注入第二谐波。更具体地，第一谐波和第二谐波可以在量值上相等、在频率上相等、180°异相并且在AC端子处具有为零的量值。
以这种方式，模块化多电平变换器可以保持与AC侧和DC侧的互操作，同时有助于减小存储部件(例如超级电容器)的RMS电流，以提高存储部件的寿命。
为了帮助说明，在图1中描述了电压***10的一个实施例。在所描绘的实施例中，电压***10包括电联接在DC侧14和AC侧16之间的模块化多电平变换器12。如上所述，AC侧16可以产生和/或传输AC电力，而DC侧14可以产生、传输和/或存储DC电力。例如，AC侧16可以包括用于产生AC电力的一个或多个AC发电机、用于传输AC电力的AC电网、消耗AC电力的一个或多个AC负载、或它们的任意组合。此外，DC侧14可包括用于产生DC电力的一个或多个DC发电机、用于传输DC电力的DC电网、消耗DC电力的一个或多个DC负载、存储DC电力的一个或多个DC存储部件(例如电池)或它们的任意组合。
在一些实施例中，电压***10可以是高压直流(HVDC)***或高压交流(HVAC)***。因此，在这样的实施例中，AC侧16可以是高压AC侧，DC侧14可以是高压DC侧。另外，AC电力可以是高压AC电力，而DC电力可以是高压DC电力。
如上所述，模块化多电平变换器12可以有助于在DC侧14和AC侧16之间传输电力。例如，为了有助于将电力从AC侧16传输到DC侧14，模块化多电平变换器12可以从AC侧16接收AC电力，将AC电力变换为DC电力，并且将DC电力供应到DC侧14。另外，为了有助于将电力从DC侧14传输到AC侧16，模块化多电平变换器12可以从DC侧14接收DC电力，将DC电力变换为AC电力，并且将AC电力供应到AC侧16。
如下文将更详细描述的，为了有助于变换，模块化多电平变换器12包括选择性地连接和断开的多个存储部件(例如超级电容器)。因此，控制器18可以被采用以控制模块化多电平变换器12的操作。例如，控制器18可以发送指示模块化多电平变换器12连接或断开一个或多个存储部件的控制信号。另外，控制器18可以从联接到模块化多电平变换器12的一个或多个传感器20接收传感器信号。例如，传感器20可以测量操作参数，例如DC端子处的电流、DC端子处的电压、AC端子处的电流、AC端子处的电压、模块化多电平变换器12中的存储部件的温度或它们的任意组合。控制器18然后可以处理传感器信号以确定模块化多电平变换器12的操作参数和/或随后的控制信号。
为了有助于控制操作，控制器18可以包括处理器22和存储器24。更具体地，处理器22可以执行存储在存储器24中的指令和/或处理存储在存储器24中的数据。这样，处理器22可以包括一个或多个通用微处理器、一个或多个专用处理器(ASIC)、一个或多个现场可编程逻辑阵列(FPGA)或它们的任意组合。另外，存储器24可以是有形的、非暂时性计算机可读介质，其存储可由处理器22执行的指令和将由处理器22处理的数据，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可重写闪存、硬盘驱动器、光盘等。
例如，控制器18可以指示模块化多电平变换器12将谐波注入模块化多电平变换器12的支路中。在一些实施例中，控制器18可以至少部分地基于存储在存储器24中的校准数据26来确定用来注入谐波的参数。例如，校准数据26可以基于DC端子处的电力(例如，输入DC电压和输入DC电流)、AC端子处的电力(例如，输出AC电压、输出AC电流、AC频率)、操作模式(例如，暂态或稳态)、功率因数、使用系数和/或调制指数来指示二次谐波(例如，基础频率的两倍)的频率、角度和/或量值。如下面将更详细描述的，注入谐波可以有助于减小存储部件的RMS电流，并且因此降低温度和增加电流敏感存储部件(例如超级电容器)的寿命。
在图2中描述了模块化多电平变换器12的一个实施例。应当理解，所描绘的模块化多电平变换器12仅旨在说明而非限制。如上所述，模块化多电平变换器12可以电联接到DC侧14。因此，如图所示，模块化多电平变换器12包括正DC端子28和负DC端子30。以这种方式，DC电力可以从DC侧14流入模块化多电平变换器12中和/或从模块化多电平变换器12流入DC侧14中。
另外，如上所述，模块化多电平变换器12可以电联接到AC侧16。在所描绘的实施例中，模块化多电平变换器12可供应三相电力和/或从AC侧16接收三相电力。因此，如所描绘的，模块化多电平变换器12包括第一AC端子32A、第二AC端子32B和第三AC端子32C。以这种方式，电力的第一相(例如相A)、第二相(例如相B)和第三相(例如相C)可以从AC侧16流入模块化多电平变换器12中和/或从模块化多电平变换器12流入AC侧16中。
如上所述，为了有助于AC电力和/或DC电力的输出，模块化多电平变换器12可以包括多个存储部件模块，每个存储部件模块选择性地连接和断开存储部件(例如超级电容器)。在所描绘的实施例中，有源电力连接模块(APLM)38包括存储部件和用于选择性地连接存储部件的开关部件。
为了帮助说明，在图3中描述了有源电力连接模块38的一个实施例。如所描绘的，有源电力连接模块38包括第一开关部件40、第二开关部件42、超级电容器44、第一端子46、第二端子48和电感器50。应当注意，有源电力连接模块38仅旨在说明而非限制。换句话说，为了简化以下公开，模块化多电平变换器12被描述为利用超级电容器44作为存储部件。然而，本领域的普通技术人员应当能够容易地将所描述的技术适用于其它类型的存储部件，例如标准电容器。
在所描绘的实施例中，当第一开关部件40接通而第二开关部件42断开时，超级电容器44可以被连接。另一方面，超级电容器44可以在第一开关部件40断开并且第二开关部件42接通的情况下断开。可使用各种类型的开关部件来连接或断开超级电容器44。例如，在所描绘的实施例中，第一开关部件40包括与第一二极管54并联联接的第一绝缘栅双极晶体管(IGBT)52。另外，第二开关部件42包括与第二二极管58并联联接的第二IGBT 56。
因此，当断开时，流入第一端子46中的电流可以流过电感器50，流过第二IGBT 56并且从第二端子48流出，从而绕过超级电容器44。另外，当断开时，流入第二端子48中的电流可以流过第二二极管58，流过电感器50并且从第二端子48流出，从而绕过超级电容器44。另一方面，当连接时，流入第一端子46中的电流可以流过电感器50，流过第一二极管54并流入超级电容器44中，从而对超级电容器44充电。另外，当连接时，电流可以从超级电容器44流出，流过第一IGBT 52，流过电感器50，并且从第一端子46流出，从而使超级电容器44放电。
事实上，如图2所描绘的，将有源电力连接模块38组织成相支路60可以有助于在三相AC电力和DC电力之间进行变换。更具体地，如所描绘的，有源电力连接模块38被组织在第一相支路60A、第二相支路60B和第三相支路60C上。在一些实施例中，在每个相支路60上可以包括相等数量的有源电力连接模块38。
在每个相支路60上，有源电力连接模块38可以在上臂62和下臂64之间被进一步划分。例如，在所描绘的实施例中，第一相支路60A包括电联接在正DC端子28和第一AC端子32A之间的第一上臂62A和电联接在负DC端子30和第一AC端子32A之间的第一下臂64A。另外，第二相支路60B包括电联接在正DC端子28和第二AC端子32B之间的第二上臂62B和电联接在负DC端子30和第二AC端子32B之间的第二下臂64B。此外，第三相支路60C包括电联接在正DC端子28和第三AC端子32C之间的第三上臂62C和电联接在负DC端子30和第三AC端子32C之间的第三下臂64C。在一些实施例中，每个相支路60上的有源电力连接模块38可以在其上臂62和下臂64之间被相等地划分。
在每个臂62和64上，有源电力连接模块38可以串联连接。例如，上臂62可以包括串联联接的第一有源电力连接模块38和第二有源电力连接模块38。更具体地，第一有源电力连接模块38的第一端子46可以电联接到正DC端子28。另外，第一有源电力连接模块38的第二端子48可以电联接到第二有源电力连接模块38的第一端子46。此外，第二有源电力连接模块38的第二端子48可以电联接到AC端子32。
在这样的实施例中，对应的下臂64可以包括串联联接的第三有源电力连接模块38和第四有源电力连接模块38。更具体地，第三有源电力连接模块38的第一端子46可以电联接到AC端子32。另外，第三有源电力连接模块38的第二端子48可以电联接到第四有源电力连接模块38的第一端子46。此外，第四有源电力连接模块38的第二端子48可电联接到负DC端子30。
以这种方式，可以控制有源电力连接模块38以输出AC电力或DC电力。为了帮助说明，在图4中描述了用于操作模块化多电平变换器12的过程78的一个实施例。通常，过程78包括：操作模块化多电平变换器(过程框80)；确定是否输出DC电力(决策框82)；变换来自AC侧的电力以供应DC电力(过程框84)；确定是否输出AC电力(决策框86)；确定存储部件是否被充分充电(决策框88)；在被充分充电时从存储部件供应电力以输出AC电力(过程框90)；以及在未被充分充电时变换来自DC侧的电力以输出AC电力(过程框92)。在一些实施例中，过程78可由存储在控制器存储器24和/或其它合适的有形的非暂时性计算机可读介质中的、可由控制器处理器22和/或其它合适的处理电路执行的指令来实现。
因此，在这样的实施例中，控制器18可以控制模块化多电平变换器12的操作(过程框80)。如上所述，控制器18可以发送指示模块化多电平变换器12执行一个或多个控制动作的控制信号。在一些实施例中，控制信号可以在输出功率的操作模式和/或特性(例如，量值和/或频率)方面指示模块化多电平变换器12。例如，控制器18可以指示模块化多电平变换器12以变换器模式操作，以输出AC电力。另一方面，控制器18可以指示模块化多电平变换器12以逆变器模式操作，以输出DC电力。
这样，控制器18可以确定是否期望从模块化多电平变换器12供应DC电力(决策框82)。换句话说，控制器18可以确定是否以整流器模式操作模块化多电平变换器12。在一些实施例中，控制器18可以基于从其他计算设备接收的指令和/或操作者输入指令来确定输出电力的操作模式和/或特性。例如，监控计算设备可以在期望的操作模式和/或输出电力的特性方面指示控制器18，以协调多个模块化多电平变换器12的操作。
当在整流器模式下操作时，控制器18可以指示模块化多电平变换器12从AC侧16接收AC电力并且将AC电力变换成DC电力(过程框84)。在一些实施例中，控制器18可以指示每个上臂62和下臂64中的一个或多个第一有源电力连接模块38断开其超级电容器44(例如，关断第一开关设备40)。这样，一个或多个第一有源电力连接模块38中的第二二极管58可以导致正电流流入上臂62中，而负电流流入下臂64中，从而将AC电力整流成DC电力。
另外，控制器18可以指示每个上臂62和下臂64中的一个或多个第二电力连接模块38连接其超级电容器44(例如，接通第一开关设备40)。这样，超级电容器44可以输出电力以调整经整流的DC电力的量值。例如，超级电容器44可以输出电力以平滑化DC电力。此外，在一些实施例中，超级电容器44和电感器50可以用作升压变换器以控制DC电力的电压。以这种方式，控制器18可以控制模块化多电平变换器12的操作，使得模块化多电平变换器12向DC侧14输出具有期望特性(例如，电压和/或纹波)的DC电力。
控制器18还可以确定是否期望从模块化多电平变换器12供应AC电力(决策框86)。换句话说，控制器18可以确定是否以逆变器模式操作模块化多电平变换器12。如上所述，在一些实施例中，控制器18可以基于从其他计算设备接收到的指令和/或操作者输入指令来确定输出电力的操作模式和/或特性。
当被充电时，超级电容器44可以在断开时输出零伏，并且在连接时输出正电压。如本文所使用的，“占空比”旨在描述存储部件(例如超级电容器44)被连接的持续时间的百分比。因此，调整占空比(例如，超级电容器44被连接的持续时间)可以控制超级电容器44输出的平均电压。例如，当占空比为100％时，超级电容器44输出的平均电压可以是正电压。另一方面，当占空比为0％时，超级电容器44输出的平均电压可以是零伏。另外，占空比可以在0％和100％之间调整，以在零伏和正电压之间调整超级电容器44输出的平均电压。这样，当占空比正弦变化时，平均输出电压输出可以是具有DC偏移的正弦。
重新参考图2，多个有源电力连接模块38可以串联连接在上臂62和下臂64上。例如，第一组有源电力连接模块38串联连接在第一上臂62A上，第二组有源电力连接模块38串联连接在第一下臂64A上。因此，第一上臂62A可以向第一AC端子32A供应第一电压，并且第一下臂64A可以向第一AC端子32A供应第二电压。在一些实施例中，可以控制超级电容器44的占空比，使得第一电压和第二电压都是正弦的，但是彼此反相。因此，当组合时，模块化多电平变换器12可以从第一AC端子32A输出AC电力的一个相。
如上所述，模块化多电平变换器12可以使用来自DC侧14的DC电力输出AC电力，或者绕过DC侧14并且使用存储在超级电容器44中的电能输出电力。因此，返回到图4，当处于逆变器模式时，控制器18可以确定超级电容器44(例如，存储部件)是否被充分充电(过程框88)。更具体地，控制器18可以基于存储在超级电容器44中的电能的量是否高于阈值来确定超级电容器是否被充分充电。在一些实施例中，控制器18可以至少部分地基于超级电容器44的电压来确定超级电容器44中存储的电能的量，该电压可以由电压传感器20测量。
另外，在一些实施例中，控制器18可以基于模块化多电平变换器12的先前操作来确定存储在超级电容器44中的电能的量。例如，当模块化多电平变换器12先前在稳态逆变器模式下操作超过阈值持续时间时，控制器可以确定超级电容器44被充分充电。如本文所使用的，“稳态逆变器模式”旨在描述下列情况：模块化多电平变换器12从DC侧14接收DC电力，利用存储部件(例如超级电容器44)将DC电力变换为AC电力，从而使得存储部件能够充电，并且将AC电力输出到AC侧16。另一方面，“暂态逆变器模式”旨在描述下列情况：模块化多电平变换器12仅利用存储在存储部件(例如超级电容器44)中的电能来产生AC电力，从而逐渐地对存储部件放电，并将AC电力输出到AC侧16。
因此，当期望输出AC电力时，控制器18可以至少部分地基于超级电容器44是否被充分充电(例如，高于阈值)以在不被DC侧14再充电的情况下产生AC电力，来确定是否在稳态逆变器模式下或在暂态逆变器模式下操作模块化多电平变换器12。更具体地，当超级电容器44未被充分充电时，控制器18可以指示模块化多电平变换器12以稳态逆变器模式操作(过程框92)。
为了帮助说明，用图5A-5D中描绘的时序图来描述模块化多电平变换器12在稳态逆变器模式下的操作。为了简化讨论，时序图涉及包括上臂62和下臂64的单个支路60。另外，上臂62包括上部超级电容器44，下臂64包括下部超级电容器44。本领域的普通技术人员将能够容易地将所描述的技术扩展到在每个上臂62和下臂64上具有多个超级电容器44的多个支路60。
更具体地，图5A是描述上臂电流94和下臂电流96随时间变化的时序图。另外，图5B是描述上部超级电容器电流98和下部超级电容器电流100随时间变化的时序图。图5C是用于选择性地连接上部超级电容器44的上部超级电容器占空比102的时序图。此外，图5D是描述上部超级电容器电压104、下部超级电容器电压106和相支路电流108的DC分量的时序图。
当在稳态逆变器模式下操作时，模块化多电平变换器12从DC侧14接收DC电力。另外，上臂62和下臂64可以各自产生经由电气端子32输出的AC电力的一半。因此，上臂电流94可以描述如下：
Figure GDA0003170734530000121
其中，iuarm是上臂电流94，t是时间，IDC是来自DC侧14的DC电流，IAC是供应到AC端子32的AC电流，x是基本相位角(例如，ωt)，并且dx是在AC端子32处的AC电流和AC电压之间的相移，其可以与功率因数成比例。另一方面，下臂电流96可以定义如下：
Figure GDA0003170734530000122
其中，ilarm是下臂电流96，t是时间，IDC是来自DC侧14的DC电流，IAC是供应到AC端子32的AC电流，x是基本相位角(例如，ωt)，并且dx是在AC端子32处的AC电流和AC电压之间的相移。
因此，如图5A中所述，上臂电流94和下臂电流96每个为具有DC偏移的正弦曲线。另外，上臂电流94和下臂电流96是反相的。在所描述的示例中，上臂电流94被限定为使得电流在为正时远离正DC端子28流动，并且在电流为负时朝向正DC端子28流动。另一方面，下臂电流96被限定为使得电流在为正时朝向负DC端子30流动，并且在电流为负时远离负DC端子30流动。
因此，上部超级电容器44可以在上臂电流94为正时充电，并且在上臂电流94为负时放电。因此，如图5B中所描述的，当上臂电流94为正时，上部超级电容器电流98为正，由此对上部超级电容器充电，并且当上臂电流94为负时，上部超级电容器电流98为负，由此对上部超级电容器44放电。另外，如图5D中所描述的，上部超级电容器电压104随着上部超级电容器44充电而逐渐增加，并且随着上部超级电容器44放电而逐渐减小。
类似地，下部超级电容器44可以在下臂电流96为正时充电，并且在下臂电流96为负时放电。因此，如图5B中所描述的，当下臂电流96为正时，下部超级电容器电流100为正，由此对下部超级电容器44充电，并且当下臂电流96为负时，下部超级电容器电流100为负，由此对下部超级电容器44放电。另外，如图5D中所描述的，下部超级电容器电压106随着下部电容器44充电而逐渐增加，并且随着下部超级电容器44放电而逐渐减小。
如上所述，超级电容器44可以在连接时充电和放电。更具体地，占空比用于描述超级电容器44被连接的持续时间。这样，超级电容器44输出的平均电压可以随着占空比而变化。换句话说，为了能够产生正弦AC电力，上部超级电容器44的占空比和下部超级电容器44的占空比可以正弦地变化。例如，上部超级电容器占空比102可以描述如下：
Figure GDA0003170734530000131
其中，du是上部占空比，t是时间，k是使用系数，M是调制指数，并且x是基本相位角(例如，ωt)。另外，使用系数k可以描述如下：
Figure GDA0003170734530000132
其中，VDC是正DC端子28和负DC端子30之间的DC电压，N是上臂62上的超级电容器44的数量，并且Vcap是上部超级电容器44的电压。因此，如图5C中所描述的，上部占空比102在100％和0％之间正弦变化，这有助于输出正弦AC电压(如果正弦电压但零电流＝无功率)。
另一方面，下部电容器的占空比可以如下：
Figure GDA0003170734530000141
其中，dl是下部占空比，t是时间，k是使用系数，M是调制指数，并且x是基本相位角(例如，ωt)。因此，下部占空比可以在100％和0％之间正弦变化且与上部占空比102反相，这有助于输出正弦AC电压。
由于当连接时电流可以流入或流出超级电容器44，所以由超级电容器44传导的电流可以随着占空比变化而变化。更具体地，超级电容器44中的电流可以是其占空比和臂电流的乘积。例如，上部超级电容器电流98可以是上部超级电容器占空比102和上臂电流94的乘积。这样，上部超级电容器电流98可以描述如下：
iucap(t)＝du(t)*iuarm(t) (6)
其中，iucap是上部超级电容器电流98，t是时间，du是上部占空比102，并且iuarm是上臂电流94。类似地，下部超级电容器电流100可以是下部超级电容器占空比和下臂电流96的乘积。这样，下部超级电容器电流100可以描述如下：
ilcap(t)＝d1(t)*ilarm(t) (7)
其中，ilcap是下部超级电容器电流100，t是时间，dl是上部占空比，并且ilarm是下臂电流96。因此，当占空比和臂电流各自包括多个频率分量时，上部超级电容器电流98和下部超级电容器电流100也各自包括多个频率分量。
为了帮助说明，图6A-6C描述了频域中的上部占空比102、上臂电流94和上部超级电容器电流98。更具体地，图6A-6C描述了当输出60Hz基础频率AC电力时频率分量的量值。例如，图6A描述了上部占空比102包括DC(例如0Hz)分量和基础频率(例如60Hz)分量。另外，图6B描述了上臂电流94包括DC分量和基础频率分量。
如上所述，上部超级电容器电流98可以是上部占空比102和上臂电流94的乘积。因此，在一些实施例中，上部超级电容器电流98可以包括DC分量、基础频率分量和二次谐波(例如120Hz)分量。然而，在所描绘的实施例中，模块化多电平变换器12操作为使得上部超级电容器电流98的DC分量为零。
可以基于超级电容器电流的每个频率分量的量值来确定均方根(RMS)超级电容器电流。例如，RMS超级电容器电流可以确定如下：
Figure GDA0003170734530000151
其中，Icap-RMS是RMS超级电容器电流，I0是超级电容器电流的DC分量，I1是超级电容器电流的基础频率分量，I2是超级电容器电流的二次谐波分量，并且I3是超级电容器电流的三次谐波分量。
超级电容器电流的频率分量可以基于等式(6)来确定。例如，当在稳态逆变器模式下操作时，超级电容器电流的DC分量可以描述如下：
Figure GDA0003170734530000152
其中，I0是超级电容器电流的DC分量，IDC是来自DC侧14的DC电流，IAC是供应给AC端子32的AC电流，k是使用系数，M是调制指数，并且dx是在AC端子32处的AC电流和AC电压之间的相移。在一些实施例中，模块化多电平变换器12可以操作成使得DC电流如下：
Figure GDA0003170734530000153
其中，IDC是来自DC侧14的DC电流，IAC是供应给AC端子32的AC电流，k是使用系数，M是调制指数，并且dx是在AC端子32处的AC电流和AC电压之间的相移。在这样的实施例中，当在稳态逆变器模式下操作时，超级电容器电流的DC分量可以为零。
另外，当在稳态逆变器模式下操作时，超级电容器电流的基础频率分量可以描述如下：
Figure GDA0003170734530000154
其中，I1是超级电容器电流的基础分量，IDC是来自DC侧14的DC电流，IAC是供应给AC端子32的AC电流，k是使用系数，M是调制指数，并且dx是在AC端子32处的AC电流和AC电压之间的相移。超级电容器电流的二次谐波分量可以描述如下：
Figure GDA0003170734530000155
其中，I2是超级电容器电流的二次谐波分量，IDC是来自DC侧14的DC电流，IAC是供应给AC端子32的AC电流，k是使用系数，M是调制指数，并且dx是在AC端子32处的AC电流和AC电压之间的相移。此外，高次谐波(例如，三次谐波)分量可以等于零。
返回到图4，当超级电容器44被充分充电时，控制器18可以指示模块化多电平变换器12以暂态逆变器模式操作(过程框90)。如上所述，增加的存储容量可以使超级电容器44能够在延长的持续时间内供应用于产生AC电力的DC电力。这样，当在暂态逆变器模式下操作时，模块化多电平变换器12可以用作缓冲器，以通过临时绕过DC侧14来减小从DC侧14汲取的谐波电流。
为了帮助说明，用图7A-7D中描绘的时序图来描述模块化多电平变换器12在暂态逆变器模式下的操作。为了简化讨论，时序图涉及包括上臂62和下臂64的单个相支路60。另外，上臂62包括上部超级电容器44，下臂64包括下部超级电容器44。本领域的普通技术人员将能够容易地将所描述的技术扩展到在每个上臂62和下臂64上具有多个超级电容器44的多个相支路60。
更具体地，图7A是描述上臂电流110和下臂电流112随时间变化的时序图。另外，图7B是描述上部超级电容器电流114和下部超级电容器电流116随时间变化的时序图。图7C是描述用于选择性地连接上部超级电容器44的上部超级电容器占空比118的时序图。此外，图7D是描述上部超级电容器电压120、下部超级电容器电压122和相支路电流124的时序图。
如上所述，当在暂态逆变器模式下操作时，模块化多电平变换器12可以不从DC侧14接收DC电力。相反，上臂62和下臂64可以各自使用存储在超级电容器44中的电能来产生在AC电气端子32处输出的AC电力的一半。因此，上臂电流110可以描述如下：
Figure GDA0003170734530000161
其中，iuarm是上臂电流110，t是时间，IDC是来自DC侧14的DC电流，IAC是供应给AC端子32的AC电流，x是基本相位角(例如，ωt)，并且dx是在AC端子32处的AC电流和AC电压之间的相移。另外，下臂电流112可以描述如下：
Figure GDA0003170734530000162
其中，ilarm是上臂电流112，t是时间，IDC是来自DC侧14的DC电流，IAC是供应给AC端子32的AC电流，x是基本相位角(例如，ωt)，并且dx是在AC端子32处的AC电流和AC电压之间的相移。
因此，如图7A中所描述的，上臂电流110和下臂电流112是正弦且反相的，并且如图7D中所描述的，支路电流125为零。在所描述的示例中，上臂电流110被限定为使得电流在为正时远离正DC端子28流动，并且在电流为负时朝向正DC端子28流动。另一方面，下臂电流112被限定为使得电流在为正时朝向负DC端子30流动，并且在电流为负时远离负DC端子30流动。
因此，上部超级电容器44可以在上臂电流110为正时充电，并且在上臂电流110为负时放电。因此，如图7B中所描述的，当上臂电流110为正时，上部超级电容器电流114为正，由此对上部超级电容器44充电，并且当上臂电流110为负时，上部超级电容器电流114为负，由此对上部超级电容器44放电。
然而，由于DC侧14被绕过，所以上部超级电容器44通过由下部超级电容器44输出的电流充电，下部超级电容器44也用于产生AC电力。这样，与稳态逆变器模式相比，当在暂态逆变器模式下操作时，可以减少上部超级电容器44的充电。因此，如图7D中所描述的，上部超级电容器电压120随着上部超级电容器44充电而最小地增加，并且随着上部超级电容器44放电而最小地减小。因此，随着模块化多电平变换器12在暂态逆变器模式下操作时间越长，上部超级电容器44逐渐减小存储的电能。
类似地，下部超级电容器44可以在下臂电流112为正时充电，并且在下臂电流112为负时放电。因此，如图7B中所描述的，当下臂电流112为正时，下部超级电容器电流116为正，由此对下部超级电容器44充电，并且当下臂电流112为负时，下部超级电容器电流116为负，由此对下部超级电容器44放电。
然而，由于DC侧14被绕过，所以下部超级电容器44通过由上部超级电容器44输出的电流充电，上部超级电容器44也用于产生AC电力。这样，与稳态逆变器模式相比，当在暂态逆变器模式下操作时，可以减少下部超级电容器44的充电。因此，如图7D中所描述的，下部超级电容器电压122随着下部超级电容器44充电而最小地增加，并且随着下部超级电容器44放电而最小地减小。因此，随着模块化多电平变换器12在暂态逆变器模式下时间操作越长，下部超级电容器44逐渐减小存储的电能。
为了产生相同的AC电力，当在暂态逆变器模式下操作时和当在稳态逆变器模式下操作时，超级电容器的占空比保持基本上相同。因此，如图7C中所描绘的，上部占空比118在100％和0％之间正弦变化，如等式(3)所述。另一方面，下部超级电容器44的占空比可以在100％和0％之间正弦变化且与上部占空比118反相，如等式(5)所述。
另外，如上所述，在超级电容器44中流动的电流可以随着占空比变化而变化。更具体地，超级电容器44中的电流
可以是其占空比和臂电流的乘积。这样，上部超级电容器电流114可以由等式(6)描述，下部超级电容器电流116可以由等式(7)描述。因此，当占空比和臂电流各自包括多个频率分量时，上部超级电容器电流114和下部超级电容器电流116也各自包括多个频率分量。
为了帮助说明，图8A-8C描述了频域中的上部占空比118、上臂电流110和上部超级电容器电流114。更具体地，图8A-8C描述了当输出60Hz基础频率AC电力时频率分量的量值。例如，图8A描述了上部占空比118包括DC(例如0Hz)分量和基础频率(例如60Hz)分量。另外，图8B描述了上臂电流110包括DC分量和基础频率分量。
如上所述，上部超级电容器电流98可以是上部占空比102和上臂电流94的乘积。因此，如图6C中所描绘的，上部超级电容器电流114包括DC分量、基础频率分量和二次谐波(例如120Hz)分量。另外，如所描绘的，上部超级电容器电流114的DC分量非零，因为上部超级电容器44供应有效功率以产生AC电力。
另外，如上所述，可以使用等式(8)来确定均方根(RMS)超级电容器电流。然而，当在暂态逆变器模式下操作时，从DC侧14供应到模块化多电平变换器12的DC电流可以为零。这样，当在暂态逆变器模式下操作时，超级电容器电流的DC分量可以描述如下：
Figure GDA0003170734530000181
其中，I0是超级电容器电流的DC分量，IAC是供应给AC端子32的AC电流，k是使用系数，M是调制指数，并且dx是在AC端子32处的AC电流和AC电压之间的相移。另外，超级电容器电流的基础频率分量可以描述如下：
Figure GDA0003170734530000182
其中，I1是超级电容器电流的基础分量，IAC是供应给AC端子32的AC电流，k是使用系数，M是调制指数，并且dx是在AC端子32处的AC电流和AC电压之间的相移。此外，当在暂态逆变器模式下操作时，超级电容器电流的二次谐波分量仍然可以由等式(12)描述。
为了有助于降低存储部件(例如超级电容器44)的温度，模块化多电平变换器12可以注入附加谐波电流以减小RMS存储部件电流。在一些实施例中，控制器18可以指示模块化多电平变换器12注入具有通过执行存储在控制器存储器24中的算法确定的参数的谐波。在其它实施例中，控制器18可以指示模块化多电平变换器12注入具有基于存储在控制器存储器26中的校准数据26确定的参数的谐波。
在一些实施例中，校准数据27可以被调谐到模块化多电平变换器12。用于调谐校准数据26的过程126的一个实施例
在图9中描述。通常，过程126包括：确定操作参数集(过程框128)；确定谐波注入参数集(过程框130)；利用每一对操作参数集和谐波注入参数集操作模块化多电平变换器(过程框132)；确定所得均方根(RMS)存储部件电流(过程框134)；将谐波注入参数集与每个操作参数集相关联(过程框136)。在一些实施例中，过程126可由存储在控制器存储器24和/或其它合适的有形的非暂时性计算机可读介质中的、可由控制器处理器22和/或其它合适的处理电路执行的指令来实现。另外，在一些实施例中，过程126可以由制造商或操作者在模块化多电平变换器12的调试期间实现。
因此，在这样的实施例中，控制器18可以确定模块化多电平变换器12的操作参数集(过程框128)。更具体地，操作参数集可以包括模块化多电平变换器12的操作参数，例如操作模式、AC端子电流、AC端子电压、模块化多电平变换器12的功率因数、DC端子电流、DC端子电压、模块化多电平变换器12的调制指数、存储部件利用率、存储部件电压、每个臂的存储部件数量、使用系数等。在一些实施例中，所考虑的操作参数集可以由制造商输入到控制器18。
另外，控制器18可以确定用于注入谐波的谐波注入参数集(过程框130)。更具体地，谐波注入参数集可以包括诸如频率、角度和/或量值的参数。在一些实施例中，所考虑的谐波注入参数集可以由制造商输入到控制器18。
然后，控制器18可以利用每一对操作参数集和谐波注入参数集来操作模块化多电平变换器12(过程框132)。更具体地，对于每一对，控制器18可以指示模块化多电平变换器12以操作参数集操作，并且指示模块化多电平变换器12基于谐波注入参数注入谐波。
在以每一对操作的同时，控制器18可以确定所得均方根(RMS)存储部件电流(过程框134)。在一些实施例中，控制器18可以从传感器20接收指示DC电流、AC电流、DC电压、AC电压或它们的任意组合的测量结果。基于测量结果，控制器18可以确定调制指数、功率因数、使用系数或它们的任意组合。这样，控制器18可以使用等式(8)确定RMS存储部件电流。
控制器18然后可以将谐波注入参数集与每个操作参数集相关联(过程框136)。在一些实施例中，控制器18可以将操作参数集与导致最低RMS存储部件电流的谐波注入参数集相关联。另外，在一些实施例中，控制器18可以将关联作为校准数据26存储在控制器存储器24中。例如，校准数据26可以至少部分地基于模块化多电平变换器12的调制指数、功率因数和操作模式来指示注入谐波的角度和/或量值。
为了帮助说明，在图10中描述了校准数据26的表示，该校准数据26描述了在稳态逆变器模式下操作时的二次谐波电流的角度dhx2(例如，相关于AC端子32处的AC电压的相移)。在所描绘的实施例中，当调制指数为0.6-1时，使用当功率因数为零时的第一角度曲线138、当功率因数为0.2时的第二角度曲线140、当功率因数为0.4时的第三角度曲线142、当功率因数为0.6时的第四角度曲线144、当功率因数为0.8时的第五角度曲线146和当功率因数为1时的第六角度曲线148来描述二次谐波电流的角度。
在这样的实施例中，校准数据26可以至少部分地基于模块化多电平变换器12的调制指数和功率因数，来指示当在稳态逆变器模式下操作时，为了减小RMS存储部件电流而在模块化多电平变换器12中注入二次谐波的角度。在一些实施例中，校准数据26可以存储关系，可以存储在查找表(LUT)中，以有助于确定角度。应当注意，图10中描述的校准数据26仅旨在用于说明。在其它实施例中，校准数据26还可以指示其它谐波的角度、角度与其它功率因数之间的关系、角度与其它调制指数之间的关系、当在暂态逆变器模式下操作时的角度关系或其任意组合。
为了进一步说明，在图11中描述了校准数据26的表示，该校准数据26描述当在稳态逆变器模式下操作时的二次谐波的量值(例如，相关于输出AC电流的注入深度)。在所描绘的实施例中，当调制指数为0.6-1时，使用当功率因数为零时的第一量值曲线150、当功率因数为0.2时的第二量值曲线152、当功率因数为0.4时的第三量值曲线154、当功率因数为0.6时的第四量值曲线156、当功率因数为0.8时的第五量值曲线158和当功率因数为1时的第六量值曲线160来描述二次谐波的量值。
在这样的实施例中，校准数据26可以至少部分地基于模块化多电平变换器12的调制指数和功率因数，来指示当在稳态逆变器模式下操作时，为了减小RMS存储部件电流而在模块化多电平变换器12中注入二次谐波的量值。在一些实施例中，校准数据26可以存储关系，可以存储在查找表(LUT)中，以有助于确定量值。应当注意，图11中描述的校准数据26仅旨在用于说明。在其它实施例中，校准数据26还可以指示其它谐波的量值、量值与其它功率因数之间的关系、量值与其它调制指数之间的关系、当在暂态逆变器模式下操作时的角度关系或其任意组合。
这样，控制器18可以使用校准数据，至少部分地基于模块化多电平变换器12的操作参数，来确定有助于减小RMS存储部件电流的谐波注入参数(例如，角度和/或量值)。然后，控制器18可以至少部分地基于谐波注入参数指示模块化多电平变换器12注入谐波，以有助于减少在存储部件(例如超级电容器44)中产生的发热并因此提高存储部件的寿命。
在图12中描述了用于将谐波注入模块化多电平变换器12的过程162的一个实施例。通常，过程162包括：确定模块化多电平变换器12的操作参数(过程框164)；确定谐波注入参数(过程框166)；以及在模块化多电平变换器中注入一个或多个谐波(过程框168)。在一些实施例中，过程162可由存储在控制器存储器24和/或其它合适的有形的非暂时性计算机可读介质中的、可由控制器处理器22和/或其它合适的处理电路执行的指令来实现。
因此，在这样的实施例中，控制器18可以确定模块化多电平变换器12的操作参数(过程框164)。更具体地，控制器18可以至少部分地基于从一个或多个传感器20接收到的测量结果来确定一些操作参数。例如，控制器18可以从电联接到AC端子32、正DC端子28和/或负DC端子30的功率传感器20接收指示AC端子电流、AC端子电压、DC端子电流和/或DC端子电压的信号。另外，控制器18可以从电联接到存储部件(例如超级电容器44)的功率传感器20接收指示存储部件电压的信号。此外，控制器18可以至少部分地基于AC端子电流、AC端子电压、DC端子电流、DC端子电压和/或存储部件电压来确定功率因数和/或存储部件利用率。
在一些实施例中，控制器18还可以至少部分地基于发送到模块化多电平变换器12的控制信号来确定操作参数。例如，控制器18可以基于指示有源电力连接模块38连接和断开超级电容器44的控制信号来确定调制指数和/或操作模式。
基于操作参数，控制器18可以确定谐波注入参数(过程框166)。在一些实施例中，控制器18可以使用算法来计算有助于减小RMS存储部件电流的谐波注入参数。附加地或替代地，控制器18可以使用校准数据26确定谐波注入参数。在校准数据26被存储为一个或多个查找表的实施例中，控制器18可以从控制器存储器24检索校准数据26，并输入操作参数以确定有助于减小RMS存储部件电流的谐波注入参数。
例如，基于图10中描述的校准数据，当功率因数为1、调制指数为1并且在稳态逆变器模式下操作时，控制器18可以确定二次谐波电流的角度应当大约为零弧度。另外，基于图11中描述的校准数据，当功率因数为1、调制指数为1并且在稳态逆变器模式下操作时，控制器18可以确定二次谐波的量值应当是输出AC电流的大约0.24倍。以类似的方式，当在稳态逆变器模式或暂态逆变器模式下操作时，控制器18可以确定其他功率因数和调制指数对的二次谐波的角度和量值。
返回到图12中描述的过程162，控制器18然后可以指示模块化多电平变换器12注入谐波(过程框168)。更具体地，控制器18可以发送指示每个有源电力连接模块38连接或断开它们相应的存储部件(例如，超级电容器44)以实现所确定的谐波注入参数的控制信号。例如，控制器18可以指示有源电力连接模块38以零弧度的角度和输出AC电流的0.24倍的量值来操作以注入二次谐波。以这种方式，可以减小RMS存储部件电流，以有助于减小存储部件中产生的发热，从而提高存储部件的寿命。
为了帮助说明，用图13A-13D中描绘的时序图描述了模块化多电平变换器12在具有二次谐波注入的稳态逆变器模式下的操作。为了简化讨论，时序图涉及包括上臂62和下臂64的单个相支路60。另外，上臂62包括上部超级电容器44，下臂64包括下部超级电容器44。本领域的普通技术人员将能够容易地将所描述的技术扩展到在每个臂62和64上具有多个超级电容器44的多个相支路60。
更具体地，图13A是描述上臂电流170和下臂电流172随时间变化的时序图。另外，图13B是描述上部超级电容器电流174和下部超级电容器电流176随时间变化的时序图。图13C是描述用于选择性地连接上部超级电容器44的上部超级电容器占空比178的时序图。此外，图13D是描述上部超级电容器电压180、下部超级电容器电压182和支路电流184的时序图。
如上所述，当在稳态逆变器模式下操作时，模块化多电平变换器12从DC侧14接收DC电力，以产生经由AC电气端子32AC输出的电力。因此，当在稳态逆变器模式下注入一个或多个偶次谐波时，上臂电流170可以描述如下：
Figure GDA0003170734530000222
其中，iuarm是上臂电流170，t是时间，IDC是来自DC侧14的DC电流，IAC是供应给AC端子32的AC电流，x是基本相位角(例如，ωt)，dx是在AC端子32处的AC电流和AC电压之间的相移，Mh2是注入的二次谐波的注入深度，dx2是注入的二次谐波和AC电流之间的相移，Mh4是注入的四次谐波的注入深度，并且dx4是注入的四次谐波和AC电流之间的相移。另一方面，下臂电流172可以定义如下：
Figure GDA0003170734530000221
其中，ilarm是下臂电流172，t是时间，IDC是来自DC侧14的DC电流，IAC是供应给AC端子32的AC电流，x是基本相位角(例如，ωt)，并且dx是在AC端子32处的AC电流和AC电压之间的相移，Mh2是注入的二次谐波的注入深度，dx2是注入的二次谐波和AC电流之间的相移，Mh4是注入的四次谐波的注入深度，并且dx4是注入的四次谐波和AC电流之间的相移。
因此，如图13A中所描述的，当注入二次谐波时，上臂电流170和下臂电流172各自包括DC偏移分量、基础频率分量和二次谐波(例如，两倍基础频率)分量。另外，上臂电流170和下臂电流172是反相的。在所描述的示例中，上臂电流170被限定为使得电流在为正时远离正DC端子28流动，并且在电流为负时朝向正DC端子28流动。另一方面，下臂电流172被限定为使得电流在为正时朝向负DC端子30流动，并且在电流为负时远离负DC端子30流动。
因此，上部超级电容器44可以在上臂电流170为正时充电，并且在上臂电流170为负时放电。因此，如图13B中所描述的，当上臂电流170为正时，上部超级电容器电流174为正，由此对上部超级电容器充电，并且当上臂电流170为负时，上部超级电容器电流174为负，由此对上部超级电容器44放电。然而，由于上臂电流170的分布被二次谐波改变，所以上部超级电容器电流170的分布也改变。例如，在所描绘的实施例中，通过注入二次谐波来减小上部超级电容器电流170的范围。
类似地，下部超级电容器44可以在下臂电流172为正时充电，并且在下臂电流172为负时放电。因此，如图13B中所描述的，当下臂电流172为正时，下部超级电容器电流176为正，由此对下部超级电容器44充电，并且当下臂电流96为负时，下部超级电容器电流176为负，由此对下部超级电容器44放电。然而，由于下臂电流172的分布被二次谐波改变，所以下部超级电容器电流176的分布也改变。例如，在所描绘的实施例中，通过注入二次谐波来减小下部超级电容器电流176的范围。
尽管可以至少部分地基于选择性地连接和断开存储部件(例如超级电容器44)来注入一个或多个偶次谐波，但是占空比可以保持大体相同以产生AC电力。因此，上部超级电容器44的占空比可以由等式(3)描述，下部电容器的占空比可以由等式(5)定义。因此，如图13C中所描述的，上部占空比178在0％和100％之间正弦变化，以有助于产生正弦AC电力。
如上所述，超级电容器44中的电流可以是其占空比和臂电流的乘积。因此，上部超级电容器电流174可以由等式(6)描述，下部超级电容器电流176可以由等式(7)定义。因此，当占空比和臂电流各自包括多个频率分量时，上部超级电容器电流174和下部超级电容器电流176也各自包括多个频率分量。
为了帮助说明，图14A-14C描述了频域中的上部占空比178、上臂电流170和上部超级电容器电流174。更具体地，图14A-14C描述了当输出60Hz基础频率AC电力时频率分量的量值。例如，图14A描述了上部占空比178包括DC(例如0Hz)分量和基础频率(例如60Hz)分量。另外，图13B描述了上臂电流170包括DC分量、二次谐波(例如120Hz)分量。
如上所述，上部超级电容器电流174可以是上部占空比178和上臂电流170的乘积。因此，在一些实施例中，上部超级电容器电流98可以包括DC分量、基础频率分量和二次谐波(例如120Hz)分量。然而，在所描绘的实施例中，模块化多电平变换器12操作为使得上部超级电容器电流174的DC分量为零。
另外，如上所述，可以使用等式(8)基于超级电容器电流的每个频率分量的量值来确定均方根(RMS)超级电容器电流。由于超级电容器电流的DC分量不受二次谐波的影响，所以DC分量仍然可以由等式(9)描述。另外，在一些实施例中，当在稳态逆变器模式下操作时，超级电容器电流的DC分量可以为零。
然而，二次谐波的注入可以影响超级电容器电流的基础频率分量、二次谐波分量和三次谐波分量。例如，如图14C中所描绘的，超级电容器电流的60Hz分量和120Hz分量通过注入二次谐波而减小。在一些实施例中，当在稳态逆变器模式下操作并且注入二次谐波时，超级电容器电流的基础频率(例如60Hz)分量可以描述如下：
Figure GDA0003170734530000241
其中，I1是超级电容器电流的基础分量，IDC是来自DC侧14的DC电流，IAC是供应给AC端子32的AC电流，k是使用系数，M是调制指数，dx是在AC端子32处的AC电流和AC电压之间的相移，Mh2是注入的二次谐波的注入深度，并且dx2是注入的二次谐波和AC电流之间的相移。另外，超级电容器电流的二次谐波分量可以描述如下：
Figure GDA0003170734530000242
其中，I2是超级电容器电流的二次谐波分量，IDC是来自DC侧14的DC电流，IAC是供应给AC端子32的AC电流，k是使用系数，M是调制指数，并且dx是在AC端子32处的AC电流和AC电压之间的相移，Mh2是注入的二次谐波的注入深度，并且dx2是注入的二次谐波和AC电流之间的相移。
另一方面，如图14C中所描绘的，超级电容器电流的180Hz分量的量值通过注入二次谐波而增加。在一些实施例中，当注入二次谐波时，超级电容器电流的三次谐波(例如120Hz)分量可以描述如下：
Figure GDA0003170734530000243
其中，I3是超级电容器电流的三次谐波分量，IAC是供应给AC端子32的AC电流，k是使用系数，M是调制指数，Mh2是注入的二次谐波的注入深度，并且dx2是注入的二次谐波和AC电流之间的相移。
然而，其它频率分量的量值减小仍可以有助于RMS存储部件电流的总体减小。为了帮助说明，图15描述了第一RMS存储部件电流曲线186和第二RMS存储部件电流曲线188。更具体地，第一RMS存储部件曲线186描述了当在没有谐波注入的稳态逆变器模式下操作时，对于为0.6-1的调制指数的RMS存储部件电流。另一方面，第二RMS存储部件曲线188描述了当在稳态逆变器模式下操作并且基于图10和图11中描述的校准数据26注入二次谐波时，对于为0.6-1的调制指数的RMS存储部件电流。
如图15所描绘的，通过在模块化多电平变换器12中注入二次谐波，对于为0.6-1的每个调制指数减小RMS存储部件电流。事实上，RMS存储部件电流可以随着调制增加而减小。因此，当在稳态逆变器模式下操作时，注入具有来自校准数据26的谐波注入参数的二次谐波可以有助于减少在模块化多电平变换器的存储部件(例如超级电容器44)中产生的发热，并且因此有助于提高存储部件的寿命。
除了稳态逆变器模式之外，当在暂态逆变器模式下操作时，可以通过注入一个或多个偶次谐波来减小RMS存储部件电流。为了帮助说明，图16A-16D是描述当注入二次谐波时模块化多电平变换器12的操作的时序图。为了简化讨论，时序图涉及包括上臂62和下臂64的单个相支路60。另外，上臂62包括上部超级电容器44，下臂64包括下部超级电容器44。本领域的普通技术人员将能够容易地将所描述的技术扩展到在每个臂62和64上具有多个超级电容器44的多个相支路60。
更具体地，图16A是描述上臂电流190和下臂电流192随时间变化的时序图。另外，图16B是描述上部超级电容器电流194和下部超级电容器电流196随时间变化的时序图。图16C是描述用于选择性地连接上部超级电容器44的上部超级电容器占空比196的时序图。此外，图16D是描述上部超级电容器电压200、下部超级电容器电压202和相支路电流204的时序图。
如上所述，当在暂态逆变器模式下操作时，DC侧14被绕过。相反，模块化多电平变换器12使用存储在存储部件(例如超级电容器44)中的电能产生经由AC电气端子32输出的AC电力。因此，当在暂态逆变器模式下注入一个或多个偶次谐波时，上臂电流190可以描述如下：
Figure GDA0003170734530000251
其中，iuarm是上臂电流170，t是时间，IAC是供应给AC端子32的AC电流，x是基本相位角(例如，ωt)，dx是在AC端子32处的AC电流和AC电压之间的相移，Mh2是注入的二次谐波的注入深度，dx2是注入的二次谐波和AC电流之间的相移，Mh4是注入的四次谐波的注入深度，并且dx4是注入的四次谐波和AC电流之间的相移。另一方面，下臂电流192可以描述如下：
Figure GDA0003170734530000261
其中，ilarm是下臂电流172，t是时间，IAC是供应给AC端子32的AC电流，x是基本相位角(例如，ωt)，并且dx是在AC端子32处的AC电流和AC电压之间的相移，Mh2是注入的二次谐波的注入深度，dx2是注入的二次谐波和AC电流之间的相移，Mh4是注入的四次谐波的注入深度，并且dx4是注入的四次谐波和AC电流之间的相移。
因此，如图16A中所描述的，当注入二次谐波时，上臂电流190和下臂电流192各自包括基础频率分量和二次谐波(例如，两倍基础频率)分量。另外，上臂电流190和下臂电流192是反相的。在所描述的示例中，上臂电流190被限定为使得电流在为正时远离正DC端子28流动，并且在电流为负时朝向正DC端子28流动。另一方面，下臂电流192被限定为使得电流在为正时朝向负DC端子30流动，并且在电流为负时远离负DC端子30流动。
因此，上部超级电容器44可以在上臂电流190为正时充电，并且在上臂电流190为负时放电。因此，如图16B中所描述的，当上臂电流190为正时，上部超级电容器电流194为正，由此对上部超级电容器充电，并且当上臂电流190为负时，上部超级电容器电流194为负，由此对上部超级电容器44放电。然而，由于上臂电流190的分布被二次谐波改变，所以上部超级电容器电流194的分布也改变。例如，在所描绘的实施例中，通过注入二次谐波来减小上部超级电容器电流194的范围。
类似地，下部超级电容器44可以在下臂电流192为正时充电，并且在下臂电流192为负时放电。因此，如图16B中所描述的，当下臂电流172为正时，下部超级电容器电流196为正，由此对下部超级电容器44充电，并且当下臂电流192为负时，下部超级电容器电流196为负，由此对下部超级电容器44放电。然而，由于下臂电流192的分布被二次谐波改变，所以下部超级电容器电流196的分布也改变。例如，在所描绘的实施例中，通过注入二次谐波来减小下部超级电容器电流176的范围。
尽管可以至少部分地基于选择性地连接和断开存储部件(例如超级电容器44)来注入一个或多个偶次谐波，但是占空比可以保持大体相同以产生AC电力。因此，上部超级电容器44的占空比可以由等式(3)描述，下部电容器的占空比可以由等式(5)定义。因此，如图13C中所描述的，上部占空比198在0％和100％之间正弦变化，以有助于产生正弦AC电力。
如上所述，超级电容器44中的电流可以是其占空比和臂电流的乘积。因此，上部超级电容器电流194可以由等式(6)描述，下部超级电容器电流196可以由等式(7)定义。因此，当占空比和臂电流各自包括多个频率分量时，上部超级电容器电流194和下部超级电容器电流196也各自包括多个频率分量。
为了帮助说明，图17A-17C描述了频域中的上部占空比198、上臂电流190和上部超级电容器电流194。更具体地，图17A-17C描述了当输出60Hz基础频率AC电力时频率分量的量值。例如，图17A描述了上部占空比198包括DC(例如0Hz)分量和基础频率(例如60Hz)分量。另外，图17B描述了上臂电流190包括DC分量、基础频率分量和二次谐波(例如120Hz)分量。
如上所述，上部超级电容器电流194可以是上部占空比198和上臂电流190的乘积。因此，如图17C中所描绘的，上部超级电容器电流194包括DC分量、基础频率分量、二次谐波(例如120Hz)分量和三次谐波(例如180Hz)分量。
另外，如上所述，可以使用等式(8)基于超级电容器电流的每个频率分量的量值来确定均方根(RMS)超级电容器电流。由于超级电容器电流的DC分量不受二次谐波的影响，所以DC分量仍然可以由等式(9)描述。
然而，二次谐波的注入可以影响基础频率分量、二次谐波分量和三次谐波分量。例如，如图17C中所描绘的，超级电容器电流的60Hz分量和120Hz分量通过注入二次谐波而减小。在一些实施例中，当在暂态逆变器模式下操作并且注入二次谐波时，超级电容器电流的基础频率(例如60Hz)分量可以描述如下：
Figure GDA0003170734530000271
其中，I1是超级电容器电流的基础分量，IAC是供应给AC端子32的AC电流，k是使用系数，M是调制指数，dx是在AC端子32处的AC电流和AC电压之间的相移，Mh2是注入的二次谐波的注入深度，并且dx2是注入的二次谐波和AC电流之间的相移。
另外，超级电容器电流的二次谐波分量可以由等式(20)描述。另一方面，如图17C中所描绘的，上部超级电容器电流的120Hz分量的量值通过注入二次谐波而减小。在一些实施例中，超级电容器电流的三次谐波(例如180Hz)分量可以由等式(21)描述。
然而，其它频率分量的量值减小仍可以有助于RMS存储部件电流的总体减小。为了帮助说明，图18描述了第一RMS存储部件电流曲线206和第二RMS存储部件电流曲线208。更具体地，第一RMS存储部件曲线206描述了当在没有谐波注入的暂态逆变器模式下操作时，对于为0.6-1调制指数的RMS存储部件电流。另一方面，第二RMS存储部件曲线208描述了当在暂态逆变器模式下操作并且基于图10和图11中描述的校准数据26注入二次谐波时，对于为0.6-1调制指数在的RMS存储部件电流。
如图18所描绘的，通过在模块化多电平变换器12中注入二次谐波，对于为0.6-1的每个调制指数减小RMS存储部件电流。然而，由于存储在存储部件(例如超级电容器44)中的电能用于产生AC电力，因此RMS存储部件电流可以随着调制指数增加而增加。然而，如所描绘的，注入二次谐波可以减小RMS存储部件电流的增加的量值。因此，当在暂态逆变器模式下操作时，注入具有来自校准数据26的谐波注入参数的二次谐波也可以有助于减少在模块化多电平变换器的存储部件(例如超级电容器44)中产生的发热，并且因此有助于提高存储部件的寿命。
因此，本公开的技术效果包括使得能够在模块化多电平变换器中使用诸如超级电容器的电流敏感存储部件。更具体地，可以将一个或多个偶次谐波注入模块化多电平变换器的每个支路中，以减小由存储部件传导的RMS电流。由于在存储部件中产生的发热可以与RMS电流的二次方成比例，注入一个或多个偶次谐波可以有助于降低存储部件的温度，从而提高存储部件的寿命。以这种方式，模块化多电平变换器可以利用存储部件(例如超级电容器)，存储部件使得模块化多电平变换器能够用作DC侧和AC侧之间的缓冲器，并且因此通过暂时绕过DC侧来减小从DC侧汲取的谐波电流。
本书面描述用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使本领域技术人员能实施本发明，包括制造和使用任何设备或***以及执行任何包括在内的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书界定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种模块化多电平变换器，包括：
第一上臂，其包括第一有源电力连接模块，其中所述第一有源电力连接模块被配置成将第一超级电容器与所述第一上臂选择性地连接和断开，以有助于：
产生处于基础频率的第一交流电力的第一部分；和
在所述第一上臂中注入所述基础频率的第一偶次电流谐波；
第一下臂，其包括第二有源电力连接模块，其中所述第二有源电力连接模块被配置成将第二超级电容器与所述第一下臂选择性地连接和断开，以有助于：
产生第一交流电的第二部分，其中第一交流电的第一部分和交流电的第二部分被组合以有助于在第一交流端子处输出所述第一交流电力；和
在所述第一下臂中注入所述第一偶次电流谐波，其中所述第一偶次电流谐波的量值在所述第一交流端子处为零；
其中，所述第一偶次电流谐波被配置成，当所述模块化多电平变换器操作时减小在所述第一超级电容器中流动的均方根电流和在所述第二超级电容器中流动的均方根电流。
2.根据权利要求1所述的模块化多电平变换器，包括正直流端子和负直流端子，所述正直流端子和所述负直流端子被配置成将所述模块化多电平变换器电联接到直流侧；
其中，所述第一交流端子被配置成将所述模块化多电平变换器电联接到交流侧；并且
其中，所述模块化多电平变换器被配置成：当通过仅使用存储在所述第一超级电容器和所述第二超级电容器中的电能来产生所述第一交流电力的所述第一部分和所述第一交流电力的第二部分而输出所述第一交流电力时，绕过所述直流侧。
3.根据权利要求1所述的模块化多电平变换器，其中：
所述第一有源电力连接模块和所述第二有源电力连接模块被配置成基于从控制器接收到的控制信号选择性地连接和断开所述第一超级电容器和所述第二超级电容器，其中所述控制信号指示所述第一偶次电流谐波的谐波注入参数；并且
所述控制器被配置成至少部分地基于所述模块化多电平变换器的操作参数来确定所述谐波注入参数。
4.根据权利要求3所述的模块化多电平变换器，其中：
所述谐波注入参数包括所述第一偶次电流谐波相对于所述第一交流电力的量值和角度；并且
所述操作参数包括所述模块化多电平变换器的操作模式、功率因数、调制指数、使用系数或它们的任意组合，其中所述操作模式包括暂态逆变器模式和稳态逆变器模式。
5.根据权利要求1所述的模块化多电平变换器，包括：
第二上臂，其包括第三有源电力连接模块，其中所述第三有源电力连接模块被配置成将第三超级电容器与所述第二上臂选择性地连接和断开，以有助于：
产生处于所述基础频率的第二交流电力的第一部分；和
在所述第二上臂中注入所述基础频率的第二偶次电流谐波；
第二下臂，其包括第四有源电力连接模块，其中所述第四有源电力连接模块被配置成将第四超级电容器与所述第二下臂选择性地连接和断开，以有助于：
产生所述第二交流电力的第二部分，其中所述第二交流电力的所述第一部分和所述第二交流电力的所述第二部分被组合以有助于在第二交流端子处输出所述第二交流电；和
在所述第二下臂中注入所述第二偶次电流谐波，其中所述第二偶次电流谐波的量值在所述第二交流端子处为零。
6.根据权利要求5所述的模块化多电平变换器，其中：
所述模块化多电平变换器被配置成输出单相交流电力；并且
所述第一偶次电流谐波和所述第二偶次电流谐波的量值相等、频率相等且异相180°。
7.根据权利要求5所述的模块化多电平变换器，包括：
第三上臂，其包括第五有源电力连接模块，其中所述第五有源电力连接模块被配置成将第五超级电容器与所述第三上臂选择性地连接和断开，以有助于：
产生处于所述基础频率的第三交流电力的第一部分；和
在所述第三上臂中注入所述基础频率的第三偶次电流谐波；
第三下臂，其包括第六有源电力连接模块，其中所述第六有源电力连接模块被配置成将第六超级电容器与所述第三下臂选择性地连接和断开，以有助于：
产生所述第三交流电力的第二部分，其中所述第三交流电力的所述第一部分和所述第三交流电力的所述第二部分被组合以有助于在第三交流端子处输出所述第三交流电；和
在所述第三下臂中注入所述第三偶次电流谐波，其中所述第三偶次电流谐波的量值在所述第三交流端子处为零。
8.根据权利要求7所述的模块化多电平变换器，其中：
所述模块化多电平变换器被配置成输出三相交流电力；并且
所述第一偶次电流谐波、所述第二偶次电流谐波和所述第三偶次电流谐波的量值和频率相等，并且彼此异相120˚。
9.根据权利要求1所述的模块化多电平变换器，其中：
所述第一偶次电流谐波的频率是所述基础频率的二倍频率；
所述第一有源电力连接模块被配置成将所述第一超级电容器与所述第一上臂选择性地连接和断开，以有助于在所述第一上臂中注入所述基础频率的第二偶次电流谐波；
所述第二有源电力连接模块被配置成将所述第二超级电容器与所述第一下臂选择性地连接和断开，以有助于在所述第一下臂中注入第二偶次电流谐波；并且
所述第二偶次电流谐波的频率是所述基础频率的四倍频率。
10.根据权利要求1所述的模块化多电平变换器，其中：
所述第一上臂包括附加的有源电力连接模块，其中所述附加的有源电力连接模块被配置成将它们的超级电容器与所述第一上臂选择性地连接和断开，以有助于：
在所述第一上臂中产生所述第一交流电力的所述第一部分；和
将所述第一偶次电流谐波注入所述第一上臂。
11.根据权利要求1所述的模块化多电平变换器，其中：
所述基础频率为60Hz，所述第一偶次谐波为120Hz；
所述第一交流电的所述第一部分包括第一直流分量和第一60Hz分量；
所述第一偶次电流谐波包括第一120Hz分量；并且
由所述第一超级电容器传导的电流包括第二60Hz分量、第二120Hz分量和180Hz分量。
12.一种电力***，包括：
模块化多电平变换器，其电联接在直流侧和交流侧之间，其中所述模块化多电平变换器被配置成向所述交流侧输出处于基础频率的交流电力；和
控制器，其通信地联接到所述模块化多电平变换器，
其中，所述控制器被配置成：
指示所述模块化多电平变换器选择性地连接和断开一个或多个存储部件以产生所述交流电力；
确定所述模块化多电平变换器的操作参数；
至少部分地基于所述操作参数来确定谐波注入参数；和
至少部分地基于所述谐波注入参数指示所述模块化多电平变换器将所述基础频率的一个或多个偶次谐波注入到所述多电平变换器的支路中，使得所述一个或多个偶次谐波减小由所述一个或多个存储部件传导的电流的均方根。
13.根据权利要求12所述的电力***，其中，所述控制器被配置成指示所述模块化多电平变换器注入所述一个或多个偶次谐波，以控制所述一个或多个存储部件的温度。
14.根据权利要求12所述的电力***，其中，所述控制器被配置成：
确定存储在所述一个或多个存储部件中的电能的量；
指示所述模块化多电平变换器以稳态逆变器模式操作，使得当所存储的电能的量小于阈值时，所述模块化多电平变换器通过从所述直流侧汲取直流电力来产生所述交流电力；和
指示所述模块化多电平变换器以暂态逆变器模式操作，使得当所存储的电能的量不小于所述阈值时，所述模块化多电平变换器绕过所述直流侧，并且仅使用存储在所述一个或多个存储部件中的电能来产生所述交流电力。
15.根据权利要求12所述的电力***，其中，所述控制器被配置成指示所述模块化多电平变换器使用从所述直流侧供应的电能对所述一个或多个存储部件充电。
16.根据权利要求12所述的电力***，其中：
所述一个或多个存储部件包括一个或多个超级电容器；并且
所述一个或多个偶次谐波包括处于所述基础频率的两倍的二次电流谐波。
17.根据权利要求12所述的电力***，其中，所述电力***包括高压直流***、高压交流***、中压直流***、中压交流***或它们的任意组合。
18.一种有形的非暂时性计算机可读介质，其被配置成存储能够由控制器的处理器执行的指令，其中所述指令包括用于以下操作的指令：
使用所述处理器，指示模块化多电平变换器通过将存储电能的多个存储部件与所述模块化多电平变换器的支路选择性地连接和断开，输出处于基础频率的交流电力；
使用所述处理器至少部分地基于传感器测量结果和从所述控制器传输到所述模块化多电平变换器的控制信号来确定所述模块化多电平变换器的操作参数；
使用所述处理器至少部分地基于所述操作参数和校准数据确定谐波注入参数，其中所述校准数据描述所述操作参数与一组参数之间的关系，以所述一组参数将所述基础频率的偶次谐波注入所述模块化多电平变换器的支路中以减小由所述多个存储部件中的每一个传导的电流的均方根；和
使用所述处理器至少部分地基于所述谐波注入参数指示所述模块化多电平变换器注入所述偶次谐波。
19.根据权利要求18所述的计算机可读介质，包括用于以下操作的指令：
使用所述处理器确定存储在所述多个存储部件中的电能的量；
当所存储的电能的量小于阈值时，使用所述处理器指示所述模块化多电平变换器通过从直流侧汲取直流电来产生所述交流电力；和
当所存储的电能的量不小于所述阈值时，使用所述处理器指示所述模块化多电平变换器绕过所述直流侧并且仅使用存储在所述多个存储部件中的电能来产生所述交流电力。
20.根据权利要求18所述的计算机可读介质，其中：
所述多个存储部件包括多个超级电容器；
所述偶次谐波包括处于所述基础频率的两倍的二次谐波；
所述传感器测量结果包括在所述模块化多电平变换器的交流端子处的电压、在所述交流端子处的电压、在所述模块化多电平变换器的正直流端子处的电流、在所述正直流端子处的电压、在所述模块化多电平变换器的负直流端子处的电流、在所述负直流端子处的电压或它们的任意组合；
所述谐波注入参数包括所述偶次谐波相对于所述交流电力的量值和角度；并且
所述操作参数包括所述模块化多电平变换器的功率因数、调制指数、使用系数和操作模式，其中所述操作模式包括暂态逆变器模式和稳态逆变器模式。
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