ES2848374T3 - Dispositivo de conversión de potencia de media tensión multinivel con salida en corriente alterna - Google Patents

Dispositivo de conversión de potencia de media tensión multinivel con salida en corriente alterna Download PDF

Info

Publication number
ES2848374T3
ES2848374T3 ES16716593T ES16716593T ES2848374T3 ES 2848374 T3 ES2848374 T3 ES 2848374T3 ES 16716593 T ES16716593 T ES 16716593T ES 16716593 T ES16716593 T ES 16716593T ES 2848374 T3 ES2848374 T3 ES 2848374T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
converter
conversion device
output
power
modular
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES16716593T
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-Paul Lavieville
Cong Wu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schneider Toshiba Inverter Europe SAS
Original Assignee
Schneider Toshiba Inverter Europe SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Toshiba Inverter Europe SAS filed Critical Schneider Toshiba Inverter Europe SAS
Application granted granted Critical
Publication of ES2848374T3 publication Critical patent/ES2848374T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

Dispositivo modular de conversión de potencia multinivel con salida de corriente alterna y entrada de corriente alterna o corriente continua que comprende: un convertidor DC/AC modular multinivel (21) con una pluralidad de brazos conectados en paralelo (1.1, 1.2, 1.3) cuyos extremos definen los terminales de entrada de corriente continua (27, 28), comprendiendo cada brazo dos cadenas de módulos de conmutación (4.11, 4.12, 4.13, 4).14, 4.15, 4.16) en serie, conectados a un terminal común (3.1, 3.2, 3.3), definiendo este terminal común un terminal de salida de corriente alterna del dispositivo modular de conversión de potencia de varios niveles, comprendiendo cada módulo de conmutación (4.11, 4.12, 4.13, 4.14, 4.15, 4...).16) al menos un par de interruptores electrónicos de potencia (T111, T211) dispuestos en serie, montados en los terminales de un dispositivo de almacenamiento de energía (4.3), estando los interruptores electrónicos de potencia (T111, T112, T113) de la misma cadena conectados a un terminal de la misma polaridad del dispositivo de almacenamiento de energía (4.3) calificados como homólogos, estando el convertidor DC/AC modular multinivel (21) destinado a ajustar la frecuencia de salida del dispositivo de conversión modular multinivel y que comprende además medios (29) para controlar los interruptores electrónicos de potencia para ponerlos en un estado activado o de bloqueo, caracterizado porque los medios de control (29) están adaptados para aplicar a los interruptores electrónicos de potencia, durante al menos parte de un intervalo de tiempo de funcionamiento del dispositivo de conversión de potencia, un control de onda completa, teniendo los módulos (4.11, 4.12, 4.13) de una misma cadena entonces interruptores electrónicos de potencia homólogos (T111, T112, T113) en un mismo estado simultáneamente, los medios de control (29) están adaptados para aplicar, durante al menos otra parte restante del intervalo de tiempo, a los interruptores electrónicos de potencia (T111, T211, T112, T212, T113, T213) un control MLI, aplicándose el control MLI cuando una corriente de salida del dispositivo modular de conversión de potencia multinivel es inferior a un umbral y aplicándose el control de onda completa cuando la corriente de salida es superior o igual al umbral, y porque también incluye un convertidor de salida de CC y de entrada de CC o CA (20) que comprende dos terminales de salida (A, 22) conectados a los terminales de entrada de CC (27, 28) del convertidor modular multinivel (21); estando destinado este convertidor de salida de CC a ajustar la amplitud de salida del dispositivo de conversión de potencia.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de conversión de potencia de media tensión multinivel con salida en corriente alterna
Campo técnico
La presente invención se refiere al campo de los dispositivos de conversión de potencia de niveles múltiples con salida en corriente alterna destinados a funcionar a media tensión. Estos convertidores pueden ser usados en aplicaciones de variadores de velocidad de alta potencia para motores de corriente alterna. Uno de los principales mercados para los variadores de velocidad de media tensión es la sustitución de las máquinas eléctricas rotativas que funcionan a velocidad fija, con una cuota de mercado del 97%, por un sistema de velocidad variable, que integra un variador de velocidad que acciona la misma máquina rotativa.
Estado de la técnica anterior
Los convertidores de potencia multinivel DC/AC se basan en la conexión en serie de módulos de conmutación formados con interruptores electrónicos para permitir un aumento de alta tensión en la salida, siendo estos interruptores electrónicos componentes de baja tensión que tienen una capacidad de resistencia de voltaje limitada. Se conocen los convertidores de potencia del tipo NPC (por Neutral Point Clamped), que comprenden una serie de varios módulos con dos pares de interruptores electrónicos en serie, dos diodos en serie conectados por un lado al nodo común entre los dos interruptores electrónicos del primer par y por el otro lado al nodo común entre los dos interruptores electrónicos del segundo par. Además, hay una serie de dos condensadores conectados a los terminales del conjunto formado por los pares de interruptores electrónicos. El nodo común entre los dos diodos en serie está conectado al nodo común entre los dos condensadores en serie.
Este tipo de módulo conduce a una forma de onda satisfactoria y a una reducción de las restricciones de tensión de los interruptores electrónicos. Por otro lado, pueden producirse desequilibrios de tensión en los terminales de los condensadores.
Se han hecho mejoras a la topología original del NPC reemplazando los dos diodos con un par de interruptores electrónicos. Esta topología se llama ANPC con 3 niveles de voltaje.
Para aumentar aún más el nivel de voltaje aceptable, se ha propuesto poner más interruptores electrónicos en serie y añadir condensadores, lo que lleva a la llamada topología ANPC con 5 niveles de voltaje. Las células tipo ANPC con 5 niveles de voltaje están actualmente limitadas a niveles de voltaje del orden de 6,9 kV, lo que no es necesariamente suficiente.
También se conoce un convertidor modular DC/AC multinivel (conocido como MMC por Modular Multilevel Converter) con varios brazos 1.1, 1.2, 1, como se muestra en la figura 1.3, cuyos extremos definen los terminales del extremo de corriente continua 1p, 1n para ser conectados en paralelo a los terminales de una fuente de alimentación de corriente continua DC, cada brazo 1.1, 1.2, 1.3 está formado por dos semi-brazos 1.11, 1.12, 1.21, 1.22, 1.31, 1.32 conectados en serie y conectados a un terminal común 3.1, 3.2, 3.3. Estos terminales comunes 3.1, 3.2, 3.3 definen los terminales de corriente alterna que se conectan a una carga de corriente alterna 70. Esta carga 70 se representa como un motor. En el ejemplo, el convertidor DC/AC es trifásico, correspondiendo cada uno de los brazos 1.1, 1.2, 1.3 a una fase, la fase 1 para el brazo 1.1, la fase 2 para el brazo 1.2 y la fase 3 para el brazo 1.3. Un convertidor monofásico tendría sólo dos brazos.
Cada semi-brazo 1.11, 1.12, 1.21, 1.22, 1.31, 1.32 tiene una cadena de módulos de conmutación conectados en serie. Está conectada a uno de los terminales comunes 3.1, 3.2, 3.3 a través de una inductancia L11, L12, L21, L22, L31, L32 para cumplir con las reglas de conexión de las fuentes de corriente y voltaje. Es preferible que los dos inductores del mismo brazo tengan el mismo valor para simplificar el funcionamiento del conjunto. Los dos inductores podrían acoplarse. En el resto de la descripción, la primera cadena de módulos se llamará la conectada al terminal de corriente continua 1p positivo, y la segunda cadena de módulos se llamará la conectada al terminal de corriente continua 1n negativo. Hay el mismo número de módulos de conmutación en cada semi-brazo.
Los módulos de conmutación del brazo 1.1 están denominados sucesivamente 4.11 a 4.16 desde el terminal 1p hasta el terminal 1n. Los módulos de conmutación del brazo 1.2 están referidos sucesivamente 4.21 a 4.26 desde el terminal 1p hasta el terminal 1n. Los módulos de conmutación del brazo 1.3 están denominados sucesivamente 4.31 a 4.36 desde el terminal 1p hasta el terminal 1n.
Cada módulo de conmutación comprende al menos un par de interruptores electrónicos dispuestos en serie que tienen un nodo común 40, estando el par conectado en paralelo con un dispositivo de almacenamiento de energía 4.3 formando una disposición de medio puente, teniendo el dispositivo de almacenamiento de energía 4.3 una capacitancia flotante.
Los interruptores electrónicos del módulo 4.11 tienen la referencia T111, T211. Los interruptores electrónicos del módulo 4.12 tienen la referencia T112, T212. La numeración continúa de la misma manera y por lo tanto los interruptores electrónicos del módulo 4.16 están referidos como T116, T216.
En el brazo 1.2 los interruptores electrónicos del módulo 4.21 están marcados con T121, T221. Los interruptores electrónicos del módulo 4.22 están etiquetados como T122, T222. Los interruptores electrónicos del módulo 4.26 están etiquetados como T126, T226.
En el brazo 1.3 los interruptores electrónicos del módulo 4.31 están marcados como T131, T231. Los interruptores electrónicos del módulo 4.32 tienen la referencia T132, T232. Los interruptores electrónicos del módulo 4.36 tienen la referencia T136, T236.
En cada módulo, el dispositivo de almacenamiento de energía 4.3 tiene un terminal de polaridad positiva (+) a través del cual entra una corriente de carga (corriente positiva) para cargarlo. El dispositivo de almacenamiento de energía 4.3 tiene un terminal de polaridad negativa (-) a través del cual se suministra una corriente de descarga (corriente negativa) para descargarlo. Uno de los interruptores electrónicos está conectado al terminal positivo (+) del dispositivo de almacenamiento de energía 4.3, este es el superior llamado T111 para el módulo de conmutación 4.11. El otro interruptor electrónico está conectado al terminal negativo (-) del dispositivo de almacenamiento de energía 4.3, el inferior, llamado T211 para el módulo de conmutación 4.11.
El diodo montado en antiparalelo con el interruptor electrónico de potencia T111 está denominado D111. El diodo conectado en antiparalelo con el interruptor electrónico de potencia T211 está denominado D211.
La numeración de los interruptores electrónicos de potencia y los diodos de los otros módulos sigue el mismo principio. No se nombran necesariamente en esta descripción pero se hace referencia a ellos en algunas figuras. En el resto de la descripción, los interruptores electrónicos T111, T112, T113, T114, T115, T116, conectados al terminal positivo (+) de un dispositivo de almacenamiento de energía 4.3 se denominan primeros interruptores electrónicos y los interruptores electrónicos T211, T212, T213, T214, T215, T216 conectados al terminal negativo (-) de un dispositivo de almacenamiento de energía 4.3 se denominan segundos interruptores electrónicos. Esta calificación también se aplica a los diodos.
En la misma cadena de conmutación, todos los interruptores electrónicos de potencia conectados a un terminal de la misma polaridad de los dispositivos de almacenamiento de energía son calificados como homólogos.
A los módulos de un semi-brazo se les asigna una fila que se cuenta hacia arriba desde el extremo más positivo del semi-brazo. Los módulos de dos semi-brazos del mismo brazo que tienen la misma fila se denominan homólogos. Los interruptores electrónicos de potencia T111, T211, etc. pueden seleccionarse, por ejemplo, entre transistores bipolares de puerta aislada IGBT, transistores de efecto de campo FET, transistores MOS MOSFET, tiristores de apagado de puerta GTO, tiristores controlados por puerta integrada IGCT, etc.
El dispositivo de almacenamiento de energía 4.3 puede ser seleccionado, por ejemplo, de un condensador, una batería, una pila de combustible, etc.
Las figuras 2A a 2D muestran un módulo de conmutación del mismo tipo que los mostrados en la figura 1.
Su primer interruptor electrónico de potencia se llama T1 y el diodo asociado D1. Su segundo interruptor electrónico de potencia se llama T2 y el diodo asociado D2. En estas figuras, las trayectorias de flujo de una corriente Iu interna a tal módulo de conmutación, dependiendo del estado de bloqueo o activado de sus interruptores electrónicos de potencia T1, T2, son visibles. La corriente Iu es alterna positiva (Figuras 2A, 2B) y negativa (Figuras 2C, 2D). Los dos interruptores electrónicos de potencia T1, T2 del mismo módulo están en estados opuestos (activado o bloqueado) a un valor de tiempo muerto. Los dos interruptores electrónicos de potencia T1, T2 de un módulo de conmutación no deben activarse al mismo tiempo, de lo contrario el dispositivo de almacenamiento de energía se cortocircuitará 4.3.
En la figura 2A, el primer interruptor electrónico de potencia T1 está activado y el segundo interruptor electrónico de potencia T2 está bloqueado. La corriente Iu es positiva, fluye hacia el módulo del interruptor 4 a través del primer interruptor electrónico de potencia T1 y sale por el nodo común 40 entre los dos interruptores electrónicos de potencia T1, T2. No fluye a través del dispositivo de almacenamiento de energía 4.3.
En la figura 2B, el segundo interruptor electrónico de potencia T2 está activado y el primer interruptor electrónico de potencia T1 está bloqueado. La corriente Iu es positiva, fluye hacia el módulo del interruptor 4 a través del dispositivo de almacenamiento de energía 4.3, a través del segundo diodo D2 y sale por el nodo común 40 entre los dos interruptores electrónicos de potencia T1, T2. La corriente Iu carga el dispositivo de almacenamiento de energía 4.3. En la figura 2C, el primer interruptor electrónico de potencia T1 está activado y el segundo interruptor electrónico de potencia T2 está bloqueado. La corriente Iu es negativa, entra en el módulo de conmutación 4 a través del nodo común 40 entre los dos interruptores electrónicos de potencia T1, T2, fluye a través del primer diodo D1 y sale del módulo de conmutación a través del cátodo del primer diodo D1. No pasa a través del dispositivo de almacenamiento de energía 4.3.
En la figura 2D, el segundo interruptor electrónico de potencia T2 está activado y el primer interruptor electrónico de potencia T1 está bloqueado. La corriente Iu es negativa, entra en el módulo de conmutación a través del nodo común 40 entre los dos interruptores electrónicos de potencia T1, T2, pasa por el segundo interruptor electrónico de potencia T2, el dispositivo de almacenamiento de energía 4.3 y sale del módulo de conmutación sin pasar por el primer interruptor electrónico de potencia T1 o el primer diodo D1. El dispositivo de almacenamiento de energía 4.3 se descarga.
En los convertidores modulares convencionales DC/AC multinivel, como se muestra en la figura 1, la función de las cadenas de módulos de conmutación es tanto adaptar la amplitud de la señal formada a partir de la fuente de alimentación de corriente continua y presente en cada terminal común 3.1, 3.2, 3.3 como regular la frecuencia de esta señal. Los interruptores electrónicos de potencia están controlados por Modulación de Ancho de Pulso (en inglés Pulse Width Modulation, PWM).
Con tal control de los interruptores electrónicos de potencia T1, T2, cuando la corriente Iu es positiva, se pasa alternativamente de la situación en la que el primer interruptor electrónico de potencia T1 está activado (figura 2A) a la situación en la que el segundo diodo d2 está conduciendo (figura 2B). Cada vez que el segundo diodo D2 conduce, el voltaje en los terminales del dispositivo de almacenamiento de energía 4.3 aumenta. Cuando la corriente Iu es negativa, la situación en la que el segundo interruptor electrónico de potencia T2 está conduciendo (Figura 2D) se cambia alternativamente a la situación en la que el primer diodo D1 conduce (Figura 2C). Cada vez que se activa el segundo interruptor electrónico de potencia T2, el voltaje en los terminales del dispositivo de almacenamiento de energía 4.3 disminuye.
Refiriéndonos de nuevo a la figura 1, y mirando uno de los brazos, por ejemplo el brazo 1.1, hay un vínculo entre el control de los módulos de sus dos semi-brazos.
Suponiendo que el conjunto está bien equilibrado y que el voltaje suministrado por la fuente de alimentación eléctrica de corriente continua Dc es VDC, cada dispositivo de almacenamiento de energía 4.3 se carga a VDC/3 ya que en el ejemplo mostrado, la cadena de módulos de conmutación tiene tres módulos de conmutación en cada semi-brazo. Con n módulos el voltaje sería VDC/n. No es posible que, en un mismo brazo, todos los interruptores electrónicos de potencia conectados al mismo terminal sean positivos o negativos, los dispositivos de almacenamiento de energía sean activados al mismo tiempo para cumplir con la ecuación de voltajes. De hecho, en cada momento, la suma del voltaje en los terminales de un semi-brazo y el voltaje en los terminales del otro semi-brazo es igual al voltaje entregado por la fuente de alimentación eléctrica de corriente continua DC.
En un semi-brazo, con este control MLI, los módulos de conmutación se activan sucesivamente, lo que significa que, con los interruptores electrónicos de potencia conectados al mismo terminal, ya sean positivos o negativos, los dispositivos de almacenamiento de energía se activan o bloquean sucesivamente. El voltaje alterno creado, tomado en uno de los terminales comunes 3.1, 3.2 o 3.3, tiene un número de niveles igual al número de módulos en los semi-brazos más uno.
Un convertidor modular multinivel que utiliza dos cadenas de módulos de conmutación conectados en serie en cada brazo, como se muestra en la Fig. 2, fue descrito por primera vez en la solicitud de patente DE 1010031 por Rainer Marquardt.
La solicitud de patente EP 2408 081también describe un convertidor multinivel que utiliza cadenas de módulos de conmutación conectados en serie.
Los documentos WO2014/133026A1 y EP2963801A1 también describen dispositivos modulares de conversión de potencia multinivel. Lo mismo ocurre en el artículo titulado “Start-up and low speed operation of an adjustable-speed motor driven by a modular multilevel cascade inverter” - Makoto et al - ECCE, 2012 - IEEE - 15/09/2012, páginas 718-725.
Si estos convertidores modulares multinivel DC/AC están destinados a proporcionar señales de salida en el lado de la corriente alterna a frecuencias muy bajas, por ejemplo, menos de 10 Hertz, por ejemplo, para controlar la velocidad de los motores de corriente alterna, ya que hay dispositivos de almacenamiento de energía de capacitancia flotante dentro de cada módulo de conmutación, la corriente que fluye a través de estos dispositivos de almacenamiento de energía cambia de sentido tan lentamente que continúan cargándose hasta que alcanzan su voltaje de ruptura y pueden resultar dañados. Si estos dispositivos de almacenamiento de energía se sobredimensionan, el costo del convertidor modular multinivel se vuelve prohibitivo, ya que estos dispositivos de almacenamiento de energía son generalmente muy costosos.
Además, el tamaño y el costo de los dispositivos de almacenamiento de energía incluidos en estos convertidores modulares multinivel son inversamente proporcionales a la frecuencia de la señal de salida. Cuanto más baja es la frecuencia, más grandes y más caros son los convertidores. Esto limita el uso de convertidores modulares multinivel con muchos módulos de conmutación para alimentar motores de corriente alterna de velocidad variable.
Descripción de la invención
La presente invención se define por las características de la reivindicación 1.
La presente invención tiene como objetivo proporcionar un dispositivo modular de conversión de potencia multinivel con una salida en corriente alterna que puede proporcionar señales de baja frecuencia sin ser voluminoso y costoso. Otro objetivo de la invención es proporcionar un dispositivo modular de conversión de potencia multinivel que utiliza componentes de potencia de baja tensión para aplicaciones de media tensión, proporcionando estos últimos una mejor eficiencia que los componentes de media tensión.
Otro objetivo de la invención es proporcionar un dispositivo modular de conversión de potencia multinivel que no requiere dispositivos de almacenamiento de energía de capacidad flotante sobredimensionados.
Otro objetivo más de la invención es proporcionar un variador de velocidad que utiliza un dispositivo modular de conversión de potencia multinivel así caracterizado y que puede operar a un par constante y a baja velocidad, en particular para aplicaciones de ventilación, bombeo y tracción.
Un objetivo adicional de la invención es proporcionar un variador de velocidad con requisitos de componentes pasivos reducidos, como un transformador de potencia voluminoso y costoso o filtros LC de suavizado.
Para lograr esto, la presente invención es un dispositivo modular de conversión de potencia multinivel con salida en corriente alterna y entrada en corriente alterna o en corriente continua que comprende:
un convertidor modular multinivel DC/AC con varios brazos conectados en paralelo, cuyos extremos definen los terminales de entrada de corriente continua, cada brazo comprende dos cadenas de módulos de conmutación en serie, conectados a un terminal común, este terminal común define un terminal de salida de corriente alterna del dispositivo modular multinivel de conversión de potencia, cada módulo de conmutación comprende al menos un par de interruptores electrónicos de potencia dispuestos en serie, montados en los terminales de un dispositivo de almacenamiento de energía, los interruptores electrónicos de potencia de la misma cadena, conectados a un terminal de la misma polaridad del dispositivo de almacenamiento de energía se califican como homólogos, el convertidor modular DC/AC multinivel está destinado a ajustar la frecuencia de salida del dispositivo modular de conversión multinivel y comprende además medios para controlar los interruptores electrónicos de potencia para ponerlos en un estado activado o bloqueado, caracterizado porque:
los medios de control están adaptados para aplicarles, durante al menos parte de un intervalo de tiempo de funcionamiento del dispositivo de conversión de potencia, un control de onda completa, teniendo entonces los módulos de la misma cadena sus interruptores electrónicos de potencia homólogos en el mismo estado simultáneamente, y porque comprende además:
un convertidor con una salida de corriente continua y una entrada de corriente continua o de corriente alterna que tiene dos terminales de salida conectados a los terminales de entrada de corriente continua del convertidor modular multinivel, estando destinado este convertidor de salida de corriente continua a ajustar la amplitud de salida del dispositivo de conversión de potencia.
Cada módulo tiene un primer interruptor de potencia conectado a un terminal de polaridad positiva del dispositivo de almacenamiento de energía y un segundo interruptor de potencia conectado a un terminal de polaridad negativa del dispositivo de almacenamiento de energía, y durante el control de onda completa, la corriente fluye sólo a través de aquellos módulos de conmutación cuyo primer interruptor de potencia está activado.
Se aplican los medios de control, durante al menos una segunda parte restante del intervalo de tiempo, un control MLI a los interruptores electrónicos de potencia, en el que el control MLI se aplica cuando una corriente de salida del dispositivo modular de conversión de potencia multinivel es menor que un umbral, y en el que el control de onda completa se aplica cuando la corriente de salida es mayor o igual que el umbral.
Durante el control MLI, los medios de control controlan los interruptores electrónicos de potencia de los módulos en la misma cadena de módulos, sucesivamente.
En un módulo, cada interruptor electrónico de potencia está asociado a un diodo en antiparalelo para formar un elemento de conmutación de corriente bidireccional.
La conexión de las cadenas de los módulos de un brazo al terminal común se realiza mediante inductores.
Cada interruptor de potencia electrónica puede ser seleccionado de un transistor bipolar de puerta aislada, un transistor de efecto de campo, un transistor MOSFET, un tiristor de apagado de puerta, un tiristor controlado por puerta integrada.
El dispositivo de almacenamiento de energía puede ser seleccionado de un condensador, una batería, una pila de combustible.
Es posible que el convertidor de salida en corriente continua y entrada en corriente continua sea un convertidor modular DC/DC multinivel que tenga un solo brazo cuyos extremos definan dos terminales de entrada de corriente continua, comprendiendo dos semi-brazos en serie que tengan un terminal común, definiendo este terminal común uno de los terminales de salida de corriente continua, un extremo del brazo que define el otro terminal de salida, comprendiendo cada semi-brazo una cadena de módulos de conmutación con al menos un par de interruptores electrónicos de potencia conectados en serie, estando este par montado en los terminales de un dispositivo de almacenamiento de energía, y los medios de control de los interruptores electrónicos de potencia de cada módulo. Los medios de control de los interruptores electrónicos de potencia de cada módulo del convertidor DC/DC modular multinivel pueden aplicar un control de onda completa a los interruptores electrónicos de potencia, teniendo el control de onda completa una frecuencia mayor que la frecuencia del control de onda completa de los medios de control de los interruptores electrónicos de potencia de cada módulo del convertidor DC/AC modular multinivel. El convertidor con salida de corriente continua y entrada de corriente alterna puede ser un puente rectificador con conmutación controlada.
Alternativamente, el convertidor con salida de corriente continua y entrada de corriente alterna puede ser un convertidor AC/DC modular multinivel.
La presente invención también se refiere a un variador de velocidad que comprende un dispositivo modular de conversión de potencia multinivel así caracterizado.
Cuando el dispositivo modular de conversión de potencia multinivel tiene un convertidor con salida de corriente continua y entrada de corriente alterna, la entrada de corriente alterna está destinada a ser conectada a una fuente de alimentación de corriente alterna.
Cuando el dispositivo modular de conversión de potencia multinivel incluye un convertidor de entrada de corriente continua y salida de corriente continua, el variador de velocidad puede incluir adicionalmente un convertidor de entrada de corriente alterna y salida de corriente continua, que está destinado a ser conectado en el lado de entrada de corriente alterna a una fuente de alimentación eléctrica de corriente alterna y conectado en el lado de salida de corriente continua al convertidor de entrada de corriente continua y salida de corriente continua.
En el variador de velocidad se puede proporcionar un transformador para ser conectado a la fuente de alimentación de eléctrica de corriente alterna por un lado y conectado a la entrada de corriente alterna del convertidor con entrada de corriente alterna y salida de corriente continua del dispositivo modular de conversión de potencia multinivel por el otro lado.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención se entenderá mejor si se lee la descripción de ejemplos de realizaciones que se dan, a título puramente indicativo y sin limitación alguna, con referencia a los dibujos anexos en los que:
La figura 1, ya descrita, muestra un convertidor DC/AC modular multinivel convencional;
Las figuras 2A, 2B, 2C, 2D, ya descritas, ilustran las diferentes trayectorias de la corriente en un módulo de conmutación en función del estado de sus interruptores electrónicos de potencia;
La figura 3 ilustra un ejemplo de un dispositivo modular de conversión de potencia multinivel con entrada de corriente continua y salida de corriente alterna que es el objeto de la invención;
La figura 4A ilustra las señales de referencia sinusoidales que se utilizarán para determinar los tiempos de conmutación de los interruptores de potencia primero y segundo de un módulo de conmutación del primer, segundo y tercer brazo del convertidor DC/a C modular multinivel de la figura 3, en el caso del control de onda completa ;
Las figuras 4B, 4C, 4D son cronogramas que muestran, a partir de las señales de referencia de la figura 4A, el estado de los interruptores electrónicos de potencia de un módulo de conmutación situado en cada brazo del convertidor DC/AC modular multinivel de la figura 3;
La figura 4E muestra la evolución, en función del tiempo, de los voltajes simples Va, Vb, Vc, y la figura 4F muestra la evolución, en función del tiempo, de los voltajes compuestos tomadas entre dos terminales comunes;
Las figuras 5A1, 5A2, muestran en función del tiempo la señal de referencia y la portadora en diente de sierra utilizadas para determinar los momentos de control de onda completa y de MLI aplicados a los interruptores electrónicos de potencia, la figura 5A1 muestra la señal de referencia como una onda sinusoidal completa y la figura 5A2 muestra la señal de referencia como una onda sinusoidal truncada en los picos; la figura 5B muestra la evolución de los voltajes simples Va, Vb, Vc en función del tiempo; La Figura 6A muestra la evolución, a lo largo del tiempo, del voltaje de corriente continua suministrado por la fuente de alimentación eléctrica de corriente continua que se muestra en la Figura 3 y la Figura 6B muestra la evolución, a lo largo del tiempo, del voltaje de corriente continua formado por el convertidor DC/DC modular multinivel que se muestra en la Figura 3 ;
Las figuras 7A, 7B, 7C, 7D muestran los trayectos de corriente que fluyen a través del convertidor DC/AC modular multinivel de la figura 3 y en una carga suministrada por este convertidor durante el control de onda completa;
La figura 8 ilustra un variador de velocidad que incluye un dispositivo modular de conversión de potencia multinivel con entrada de corriente continua y salida de corriente alterna, que es el objeto de la invención; La figura 9A ilustra otro ejemplo de un dispositivo modular de conversión de potencia multinivel con entrada y salida de corriente alterna que es objeto de la invención, la figura 9B ilustra un variador de velocidad que incluye otro ejemplo de un dispositivo modular de conversión de potencia multinivel con entrada y salida de corriente alterna que es objeto de la invención;
La Figura 10A muestra un convertidor DC/AC trifásico con dos módulos de conmutación por brazo y la Figura 10B muestra cronogramas del voltaje simple obtenido entre sus terminales de salida de corriente alterna R, S, T y el punto medio O y del voltaje compuesto entre los terminales R y S durante el control de onda completa.
Las partes idénticas, similares o equivalentes de las diversas figuras descritas a continuación tienen las mismas referencias numéricas a fin de facilitar la transición de una figura a otra.
Descripción detallada de modos de realización específicos
Con referencia a la figura 3, nos centraremos ahora en un ejemplo de un dispositivo modular de conversión de potencia multinivel con salida de corriente alterna y entrada de corriente continua, que es el objeto de la invención. Es un dispositivo de conversión de potencia trifásica.
Comprende un convertidor DC/AC modular en cascada multinivel (o rotativo) 20 y un convertidor DC/AC modular multinivel (o inversor) 21.
El convertidor DC/DC multinivel 20 tiene un brazo 20.1, cuyos extremos 22, 23 forman dos terminales de entrada de corriente continua que están destinados, en uso, a ser conectados a una fuente de alimentación eléctrica de corriente continua 24. El brazo 20.1 tiene dos semi-brazos 25 en serie con un terminal A común. Cada semi-brazo 25 tiene una cadena de módulos de conmutación 26 conectados al terminal común A a través de un inductor L1, L2. Estos módulos de conmutación son similares a los de las figuras 2A-2D, con un par de elementos de conmutación de corriente bidireccionales en serie y un dispositivo de almacenamiento de energía flotante conectado en paralelo con dicho par. Cada módulo 26 de conmutación no se ha mostrado en detalle, pero su estructura se muestra en las figuras 2A-2D.
El convertidor DC/AC modular de 21 multinivel es similar al descrito en la figura 1 y no se describe de nuevo en detalle. Todos los brazos 1.1, 1.2, 1.3 del convertidor están conectados en paralelo y sus extremos definen dos terminales de corriente continua referenciados como 27, 28. El terminal 27 (positivo) está conectado al terminal común A del convertidor DC/AC modular multinivel 20 y el terminal 28 (negativo) está conectado a un extremo 22 del brazo 20.1, el del terminal negativo de la fuente de alimentación de corriente continua 24. Se trata de los terminales de entrada del convertidor DC/AC modular multinivel 21 o los terminales de salida del convertidor DC/AC modular multinivel 20. Se supone que todos los componentes del convertidor DC/AC modular multinivel 21 tienen las mismas referencias que en la figura 1. Cada semi-brazo y, por tanto, cada cadena de módulos están conectados, por tanto, a uno de los terminales de entrada de corriente continua 27 o 28.
En la presente invención, la función del convertidor DC/AC modular multinivel 21 es convertir la tensión de corriente continua suministrada por el convertidor DC/AC modular multinivel 20 en tensión de corriente alterna y regular la frecuencia de las señales de salida, es decir, las señales presentes en los terminales comunes 3.1, 3.2, 3.3, del lado de la corriente alterna. Estos terminales comunes 3.1, 3.2, 3.3 deben ser conectados a la carga, mostrada en este ejemplo como un motor 70 con tres bobinas conectadas en configuración de estrella y por lo tanto teniendo un terminal común 70.1. Cada bobina está montada entre uno de los terminales comunes 3.1, 3.2, 3.3 que conectan los dos semi-brazos de un brazo y el terminal común 70.1 de la carga 70. A diferencia de la técnica anterior, la amplitud de estas señales está controlada por el convertidor DC/AC modular multinivel 20. Hay un desacoplamiento entre la función de control de la frecuencia y de la amplitud.
Una característica del dispositivo modular multinivel de conversión de potencia de salida de corriente alterna de la invención es que, para cada módulo del convertidor DC/AC modular 21 multinivel, el control de sus interruptores electrónicos de potencia es tal que el flujo de una corriente, independientemente de su sentido de flujo, en los dispositivos de almacenamiento de energía 4.3 está limitado a un máximo. Esta corriente es una corriente de carga o una corriente positiva o una corriente de descarga o una corriente negativa. Esto limita la duración de los estados que se muestran en las figuras 2B y 2D descritas anteriormente para evitar que los dispositivos de almacenamiento de energía se carguen o descarguen durante demasiado tiempo.
Se trata de estar en las configuraciones de las Figuras 2B, 2D, nada o lo menos posible, y estar en las configuraciones de las Figuras 2A, 2C tan a menudo y durante tanto tiempo como sea posible.
Tal flujo de corriente interna en el convertidor DC/AC modular multinivel 21 es posible si los interruptores electrónicos de potencia de cada módulo de conmutación son operados con control de onda completa.
La figura 3 muestra esquemáticamente, con la referencia 29, y para sólo uno de los módulos de conmutación 4.16, los medios para controlar sus interruptores electrónicos de potencia T116 y T216. Se entiende que tales medios de control existen para todos los interruptores electrónicos de potencia de todos los módulos del convertidor DC/AC modular multinivel 21.
Para facilitar la comprensión del funcionamiento del convertidor DC/AC modular 21 multinivel, explicaremos primero el funcionamiento de un convertidor DC/AC convencional trifásico controlado por un control de onda completa, con referencia a la Figura 10A. No es un convertidor multinivel. Tiene tres brazos B1, B2, B3 conectados por sus terminales en paralelo a los terminales de una fuente de alimentación eléctrica de corriente continua que entrega un voltaje VDC y representado por dos condensadores C1, C2 en serie que tienen un punto medio O. Cada brazo consiste en dos semi-brazos que tienen un terminal común y estos terminales comunes forman los terminales de salida de corriente alterna del convertidor se referencian R, S, T. Cada semi-brazo tiene sólo un elemento de conmutación de corriente bidireccional con un interruptor electrónico de potencia y un diodo en antiparalelo. El brazo B1 tiene el interruptor electrónico de potencia T10, el diodo D10, están conectados al terminal positivo (+) de la fuente de alimentación eléctrica de corriente continua, es decir, al condensador C1. El brazo B1 también tiene el interruptor electrónico de potencia T10', el diodo D10', están conectados al terminal negativo (-) de la fuente de alimentación eléctrica de corriente continua, es decir, al condensador C2. El brazo B2 tiene el interruptor electrónico de potencia T20, el diodo D2, están conectados al terminal positivo (+) de la fuente de alimentación eléctrica de corriente continua, es decir, al condensador C1. El brazo B2 también tiene el interruptor electrónico de potencia T20', el diodo D20', están conectados al terminal negativo (-) de la fuente de alimentación eléctrica de corriente continua, es decir, al condensador C2. El brazo B3 tiene el interruptor electrónico de potencia T30, el diodo D30, están conectados al terminal positivo (+) de la fuente de alimentación eléctrica de corriente continua, es decir, al condensador C1. El brazo B3 también tiene el interruptor electrónico de potencia T30', el diodo D30', están conectados al terminal negativo (-) de la fuente de alimentación eléctrica de corriente continua, es decir, al condensador C2.
El voltaje entre un terminal de salida de corriente alterna R, S o T y el punto medio O varía entre VDC/2 y -VDC/2 como se muestra en la Figura 10B con control de onda completa. Los interruptores electrónicos de potencia de cada módulo están en estados opuestos dentro de un tiempo muerto, ya que no deben estar activados al mismo tiempo, ya que esto podría provocar un cortocircuito en la fuente de alimentación eléctrica VDC. Durante un período de la señal de salida, cada interruptor electrónico de potencia está activado la mitad del tiempo. Los tres primeros cronogramas representan los voltajes simples Vro, Vso, Vto respectivamente, y el último cronograma representa el voltaje compuesto Urs entre el terminal R y el terminal S.
Cuando el interruptor electrónico de potencia T10 se activa, el voltaje en el terminal de salida R fluye a VDC/2. Si la corriente que fluye por el brazo B1 es positiva, fluye a través del interruptor electrónico de potencia T10. Si la corriente que fluye por el brazo B1 es negativa, fluye a través del diodo D10. Cuando el interruptor electrónico de potencia T10' está activado, el voltaje en el terminal de salida R fluye a -VDC/2. Si la corriente que fluye por el brazo B1 es positiva, fluye por el diodo D10'. Si la corriente que fluye por el brazo B1 es negativa, fluye a través del interruptor electrónico de potencia T10'.
Para cada uno de los brazos 1.1, 1.2, 1.3, durante la mitad del periodo, el inductor L11, L21, L31 está conectado al terminal positivo de entrada 27 y para la otra mitad, el inductor L12, L22, L32 está conectado al terminal negativo de entrada 28. Debido a la presencia de estos inductores, el potencial presente en el terminal positivo de entrada 27 o en el terminal negativo de entrada nunca está presente en los terminales comunes 3.1, 3.2, 3.3. El potencial de estos terminales comunes no está directamente controlado.
En el convertidor DC/AC 21 que se muestra en la figura 3, para obtener el voltaje VDC en un nodo común 40 conectado a uno de los inductores L11, L21, L31, los medios de control 29 activan simultáneamente los primeros interruptores electrónicos de potencia T111, T112, T113 de todos los módulos de conmutación 4.11, 4.12, 4.13 de la primera cadena de módulos. Los primeros interruptores electrónicos de potencia T114, T115, T116 de todos los módulos de conmutación 4.14, 4.15, 4.16 de la segunda cadena de módulos no deben ser activados. Se bloquean porque de lo contrario se crea un cortocircuito en el brazo.
Para asegurar que este cortocircuito no se produzca, los medios de control 29 también activan todos los segundos interruptores electrónicos de potencia T214, T215, T216 de todos los módulos de interruptores 4.14, 4.15, 4.16 de la segunda cadena de módulos en sincronía con el control de los primeros interruptores electrónicos de potencia T111, T112, T113 de la primera cadena de módulos.
Para obtener el voltaje -VCC en un terminal final de los inductores L12, L22, L32 opuesto al conectado a un terminal común 3.1, 3.2, 3.3, los medios de control activan simultáneamente los primeros interruptores electrónicos de potencia T114, T115, T116 de todos los módulos de interruptores 4.14, 4.15, 4.16 de la segunda cadena de módulos. Los primeros interruptores electrónicos de potencia T111, T112, T113 de todos los módulos de conmutación 4.11, 4.12, 4.13 de la primera cadena de módulos no deben ser activados. Se bloquean porque de lo contrario se crea un cortocircuito en el brazo.
Para asegurar que este cortocircuito no se produzca, los medios de control 29 también activan todos los segundos interruptores electrónicos de potencia T211, T212, T213 de todos los módulos de interruptores 4.11, 4.12, 4.13 de la primera cadena de módulos en sincronía con el control de los primeros interruptores electrónicos de potencia T114, T115, T116 de la segunda cadena de módulos.
En los módulos con su primer interruptor electrónico de potencia activado, la corriente fluirá a través de él si es positiva (como en la figura 2A) y a través del primer diodo si es negativa (como en la figura 2C). Ya no fluye a través del dispositivo de almacenamiento de energía. La corriente sólo fluye a través de los módulos de conmutación cuyo primer interruptor de potencia está activo. No fluirá a través de los módulos de conmutación cuyo segundo interruptor de potencia está activado.
Los primeros interruptores electrónicos de potencia de una cadena de módulos de conmutación y los primeros interruptores electrónicos de potencia de la otra cadena de módulos de conmutación están en estados complementarios dentro de un tiempo muerto.
Los segundos interruptores electrónicos de potencia de una cadena de módulos de conmutación y los segundos interruptores electrónicos de potencia de la otra cadena de módulos de conmutación están en estados complementarios dentro de un tiempo muerto.
Los interruptores electrónicos de potencia del mismo módulo de conmutación están en estados complementarios dentro de un tiempo muerto.
Cuando se activa un segundo interruptor electrónico de potencia en un módulo de conmutación, el voltaje del dispositivo de almacenamiento de energía se aplica a los terminales del primer interruptor electrónico de potencia de ese módulo de conmutación.
En la presente invención, con control de onda completa, los segundos interruptores electrónicos de potencia no están involucrados en la generación de señales de salida. Pero al activarlos y en asociación con el dispositivo de almacenamiento de energía, tienen la función de cortar el voltaje aplicado a los terminales de los primeros interruptores electrónicos de potencia que se encuentran entonces en estado bloqueado. Por lo tanto, tienen su lugar completo en el montaje.
Por lo tanto, los dispositivos de almacenamiento de energía 4.3 sólo se utilizan como limitadores de señal. Los valores de capacidad de los dispositivos de almacenamiento de energía 4.3 pueden reducirse en comparación con los requeridos con el control MLI convencional.
En la presente invención, en el contexto de una aplicación a una carga del tipo de motor asíncrono trifásico, la frecuencia puede ser del orden de un Hertz o incluso hasta diez Hertz y el ciclo de trabajo de 0,5. El ciclo de trabajo es la mitad del período de la señal de salida deseada del dispositivo modular de conversión de potencia multinivel con salida de corriente alterna.
En la Figura 4A, se han trazado señales de referencia sinusoidal que se utilizarán para determinar los tiempos de conmutación de los primeros y segundos interruptores electrónicos de potencia de un módulo de conmutación del convertidor DC/AC multinivel modular 21. Estos módulos están todos en una primera cadena de módulos. La sinusoide ® se refiere, por ejemplo, a los interruptores electrónicos de potencia T111, T211 del módulo de conmutación 4.11 del brazo 1.1. La sinusoide @ se refiere, por ejemplo, a los interruptores electrónicos de potencia T121, T221 del módulo de conmutación 4.21 del brazo 1.2. La sinusoide @ se refiere a los interruptores electrónicos de potencia T131, T231 del módulo de conmutación 4.31 del brazo 1.3. Los tiempos de conmutación corresponden a los tiempos en los que la señal de referencia cambia de signo.
El estado del primer y segundo interruptores electrónicos de potencia T111 y T211, T121 y T221, T131 y T231, respectivamente, durante el control de onda completa se muestra en el cronograma de las Figuras 4B, 4C, 4d . Los controles de los brazos individuales se escalonan en un tercio de un período. En el estado 1 están activos y en el estado 0 están bloqueados. La conmutación de los interruptores electrónicos de potencia es causada por el cambio de signo de la señal de referencia asociada.
La figura 4E muestra la evolución, en función del tiempo, del voltaje simple llamado Va, Vb, Vc respectivamente. El voltaje simple Va, Vb, Vc es el voltaje tomado entre cada terminal común 3.1, 3.2, 3.3 y un punto medio ficticio de la entrada de la fuente de alimentación de corriente continua (bus de corriente continua) del convertidor DC/AC modular multinivel 21. Este voltaje simple tiene dos etapas, una positiva y otra negativa. Hay un receso en la parte superior de estas etapas, esto se debe al hecho de que el potencial en los terminales comunes 3.1, 3.2, 3.3 no está directamente controlado.
La figura 4F muestra la evolución, en función del tiempo, del voltaje compuesto tomado entre dos terminales comunes. El voltaje Vab está presente entre los terminales 3.1 y 3.2, el voltaje Vbc está presente entre los terminales 3.2 y 3.3 y el voltaje Vca está presente entre los terminales 3.3 y 3.1. Este voltaje compuesto tiene tres etapas: cero, positivo y negativo.
Al final, independientemente del número de módulos de conmutación conectados en serie en los semi-brazos, el voltaje compuesto siempre tiene tres niveles. El control que proporcionan los medios de control 29 es sencillo porque todos los módulos de conmutación de un solo semi-brazo se controlan de forma idéntica y sincronizada. Sus primeros interruptores electrónicos de potencia están en el mismo estado al mismo tiempo. Sus segundos interruptores electrónicos de potencia están en el mismo estado al mismo tiempo, siendo este estado opuesto al de los primeros interruptores electrónicos de potencia. Los módulos del mismo brazo, pero pertenecientes a diferentes semi-brazos, se controlan de forma opuesta en sincronismo. Por otra parte, la forma de las señales de salida está bastante lejos de una sinusoide, que es siempre la forma de onda deseada para alimentar la carga de corriente alterna.
Con este control de onda completa, para cada brazo, de acuerdo al signo del voltaje de referencia, el estado de los interruptores electrónicos de potencia primero y segundo de todos los módulos de uno de sus semi-brazos es controlado voluntariamente en sincronismo para que la corriente que fluye en cada uno de los módulos de este semibrazo no pase a través del dispositivo de almacenamiento de energía 4.3. El requisito de capacidad y ondulación de voltaje en los terminales de los dispositivos de almacenamiento de energía se reduce en gran medida. Los dispositivos de almacenamiento de energía 4.3 tienen una función de recorte de las sobretensiones que se producen cuando durante la conmutación del primer y el segundo interruptores electrónicos de potencia de un módulo no están sincronizados, es decir, durante los tiempos muertos.
El dimensionamiento de los dispositivos de almacenamiento de energía se obtiene con la fórmula clásica I=CdU/dt siendo C la capacidad de un dispositivo de almacenamiento de energía de un módulo de conmutación del convertidor DC/AC, l la corriente que fluye a través de él y U el voltaje en sus terminales. El tiempo de flujo de corriente a través del dispositivo de almacenamiento de energía está limitado al máximo.
Con el control de onda completa, los dispositivos de almacenamiento de energía están virtualmente libres de carga, y pueden tener valores de capacidad veinte veces menores que los que tendrían si los interruptores electrónicos de potencia fueran controlados con el control MLI convencional.
Con el fin de mejorar la forma de onda de las señales de salida del dispositivo de conversión de potencia de salida de corriente alterna objeto de la invención y para reducir los armónicos, en lugar de conservar el control de onda completa pura durante todo el intervalo de tiempo de funcionamiento del dispositivo de conversión de potencia, es posible utilizar un control mixto de onda completa asociado a un control MLI.
Durante el intervalo de tiempo de funcionamiento del dispositivo de conversión de potencia, el control MLI se utilizará cuando la amplitud de la corriente alterna en la carga 70 sea baja, por debajo de un umbral. El control de onda completa se utiliza cuando la amplitud de la corriente alterna en la carga 70 es alta, mayor o igual que el umbral. Durante el control MLI, los módulos de un semi-brazo se controlan sucesivamente y no simultáneamente. Esta corriente alterna que fluye en la carga también se denomina corriente de salida del dispositivo modular de conversión de potencia multinivel que es el objeto de la invención.
Este control MLI, proporcionado por el medio de control 29, equivale a permitir que una corriente fluya a través del segundo diodo de los módulos de conmutación de un primer semi-brazo y por lo tanto a través del dispositivo de almacenamiento de energía 4.3 de los módulos del primer semi-brazo cuando la corriente en carga 70 es positiva y de una amplitud inferior al umbral. Este control m Li equivale a permitir el paso de una corriente en el segundo interruptor electrónico de potencia de los módulos de conmutación de un segundo semi-brazo y, por tanto, en el dispositivo de almacenamiento de energía de los módulos del segundo semi-brazo cuando la corriente en carga 70 es negativa y de una amplitud inferior al umbral.
Al usar este control mixto, el aumento de voltaje en los terminales del dispositivo de almacenamiento de energía 4.3 de los módulos es limitado y razonable. El valor que se le dará a los dispositivos de almacenamiento de energía 4.3 es mucho menor que el que se le daría si se utilizara continuamente un control MLI convencional.
De hecho, el dimensionamiento de los dispositivos de almacenamiento de energía con control MLI convencional se basa en la frecuencia de la señal de salida para el parámetro de tiempo (dt) y en la corriente (I) de carga del dispositivo de almacenamiento de energía. La capacidad que debe darse a los dispositivos de almacenamiento de energía corresponde al caso en que la corriente es máxima y la frecuencia mínima. En la presente invención, la corriente en los dispositivos de almacenamiento de energía nunca es muy alta ya que la corriente en la carga 70 tiene una amplitud limitada por debajo del umbral.
Este control mixto de onda completa asociado a un control MLI puede realizarse comparando una señal de referencia sinusoidal o sinusoidal truncada llamada moduladora con una señal en diente de sierra llamada portadora. Haciendo referencia a las figuras 5A1 y 5A2. En la figura 5A1 la señal de referencia es una sinusoide completa y en la figura 5A2 la señal de referencia es una sinusoide truncada en los picos. La frecuencia de la señal de referencia tiene la frecuencia de la señal de salida deseada y una amplitud mayor que la de la señal en diente de sierra, si la sinusoide está completa, o igual a la de la señal en diente de sierra, si la sinusoide está truncada. La frecuencia de la señal en dientes de sierra es la frecuencia de conmutación de los interruptores electrónicos de potencia. Es una frecuencia más alta que la de la señal de referencia, puede ser del orden de 103 Hertz o más.
En un control MLI convencional, la amplitud de la señal de referencia es siempre menor que la de la portadora. Mientras la amplitud de la señal de referencia sea menor que la de la portadora, se utiliza el control MLI, y la tensión Va, Vb, Vc en los terminales comunes 3.1, 3.2, 3.3 sigue la forma de la señal de referencia bastante de cerca. En el brazo 1.1, por ejemplo, la corriente interna de los módulos de conmutación 4.11 a 4.16 fluye a través de los dispositivos de almacenamiento de energía 4.3 y o bien los segundos interruptores electrónicos de potencia T211, T212, T213, T214, T215, T216 o los segundos diodos D211, D212, D213, D214, D215, D216, dependiendo de si la corriente es positiva o negativa, durante intervalos de tiempo que corresponden al bloqueo de los primeros interruptores electrónicos de potencia T111, T112, T113, T114, T115, T116. Los controles de los interruptores electrónicos de potencia de los diferentes módulos de un semi-brazo son sucesivos. Los controles de los interruptores electrónicos de potencia de dos módulos homólogos pertenecientes a dos semi-brazos del mismo brazo son sincrónicos.
Tan pronto como la amplitud de la señal de referencia se hace igual o mayor que la de la portadora, se utiliza el control de onda completa y el voltaje Va, Vb, Vc presente en los terminales comunes 3.1, 3.2, 3.3 se desvía de la forma de la señal de referencia, y tiene una forma comparable con las formas mostradas en las Figuras 4E alrededor de los picos. Tan pronto como la amplitud de la señal de referencia haya alcanzado la de la portadora, esto significa que la corriente en la carga ha alcanzado el umbral. En el brazo 1.1, por ejemplo, la corriente interna de los módulos de conmutación 4.11 a 4.16 no fluye a través de los dispositivos de almacenamiento de energía 4.3, en la medida en que los primeros interruptores electrónicos de potencia T111, T112, T113 o T114, T115, T116 de los módulos de conmutación 4.11,4.12, 4.13 o 4.14, 4.15, 4.16 del mismo semi-brazo permanecen activados.
En la figura 5B, se ha representado, en función del tiempo, la evolución del voltaje simple que es el voltaje tomado entre cada terminal común 3.1, 3.2, 3.3 y el terminal común 70.1 de la carga 70, denominándose estos voltajes simples Va, Vb, Vc respectivamente. Las escalas son diferentes entre las figuras 5A y 5B.
Con tal control mixto de onda completa combinado con un control MLI, ajustando las amplitudes de la señal de referencia y de la portadora, se puede encontrar un compromiso para limitar el voltaje en los terminales de los dispositivos de almacenamiento de energía mientras se obtienen voltajes en los terminales comunes 3.1, 3.2, 3.3 cuya frecuencia es controlada y que están más cerca de la sinusoide deseada.
En lo que respecta al convertidor DC/DC modular multinivel 20, su brazo 20.1 puede estar compuesto por módulos de conmutación 26 idénticos a los del convertidor DC/AC modular multinivel 21.
Sus módulos de conmutación 26 también se controlan con el control de onda completa, como el convertidor DC/AC modular multinivel 21. En la figura 3, se muestra una representación esquemática de los medios de control de sus interruptores electrónicos de potencia con la referencia 30 y para sólo uno de los módulos de conmutación 26.
Por otra parte, la frecuencia de control de onda completa será mayor que la utilizada en el convertidor DC/AC modular multinivel 21. Esta frecuencia puede ser del orden de 100 Hertz con un ciclo de trabajo a entre 0,1 y 0,9. El ciclo de trabajo a corresponde a la relación entre el tiempo de conducción de los primeros interruptores electrónicos de potencia y el período de corte. Hay una relación de tipo Vs= aVe entre el voltaje de entrada Ve y el voltaje de salida Vs del convertidor DC/DC modular multinivel 20. El control del valor del ciclo de trabajo a permite ajustar la amplitud del voltaje de salida Vs de corriente continua.
La figura 6A muestra la evolución en el tiempo del voltaje de corriente continua suministrado por la fuente de alimentación eléctrica de corriente continua 24 y la figura 6B muestra la evolución en el tiempo del voltaje de salida de corriente continua presente en los terminales 27 y 28 que corresponden a los terminales de salida del convertidor DC/DC modular multinivel 20 para un valor determinado del ciclo de trabajo a.
Por supuesto que es posible controlar el módulo 26 del convertidor DC/DC modular multinivel 20 con un control MLI en el que la señal de referencia es una constante y la portadora es una señal de diente de sierra.
Centrándose ahora en las figuras 7A, 7B, 7C, 7D que muestran las trayectorias de corriente en el convertidor DC/AC modular trifásico multinivel 21 y en la carga trifásica 70 en la variante de control de onda completa. Cada fase de la carga está conectada a un terminal común 3.1, 3.2, 3.3.
En la figura 7A, la corriente de carga Idc entrante se distribuye sustancialmente por igual en el primer semi-brazo 1.11 de la fase 1 y en el primer semi-brazo 1.31 de la fase 3, fluye a través de la carga 70 y vuelve al convertidor DC/AC modular multinivel 21 a través del segundo semi-brazo 1.22 de la fase 2. En la figura 7B, la corriente de carga Idc fluye en su totalidad a través del primer semi-brazo 1.11 de la fase 1, pasa por la carga 70 y vuelve al convertidor Dc /AC modular multinivel 21, a través del segundo semi-brazo 1.22 de la fase 2 y del segundo semibrazo 1.32 de la fase 3, distribuidos sustancialmente por igual en cada uno de ellos. En la figura 7C, la corriente de carga Idc se distribuye de manera sustancialmente por igual en el primer semi-brazo 1.11 de la fase 1 y en el primer semi-brazo 1.21 de la fase 2, fluye a través de la carga 70 y regresa al convertidor DC/AC modular multinivel 21 a través del segundo semi-brazo 1.32 de la fase 3. En la figura 7D, la corriente de carga Idc fluye en su totalidad a través del primer semi-brazo 1.21 de la fase 2, fluye a través de la carga 70 y regresa al convertidor DC/AC modular multinivel 21 a través del segundo semi-brazo 1.12 de la fase 1 y el segundo semi-brazo 2.32 de la fase 3, sustancialmente distribuidos por igual en cada uno de ellos. Estos diagramas corresponden a una corriente de carga Idc positiva.
Debido a la presencia de los inductores L11, L12, L21, L22, L31, L32, la corriente tarda cierto tiempo en cambiar del semi-brazo superior al semi-brazo inferior cuando se cambia de los módulos de un semi-brazo, por ejemplo el superior, a un semi-brazo, por ejemplo, inferior debido a la presencia de los inductores L11, L12, L21, L22, L31, L32. Pero dadas las escalas de tiempo, podemos considerar que la corriente de salida es constante y que la transición que se produce es insignificante. Pero es durante esta transición que la corriente fluirá a través de los dispositivos de almacenamiento de energía.
Haciendo referencia ahora a la figura 8, que representa esquemáticamente un variador de velocidad objeto de la invención. Este variador incluye un dispositivo modular de conversión de potencia multinivel con salida de corriente alterna y entrada de corriente continua, que es el objeto de la invención.
El variador de velocidad comprende, a partir de una fuente de alimentación eléctrica trifásica de corriente alterna 80, en cascada, un convertidor AC/DC 81 y luego el dispositivo modular multinivel de conversión de energía DC/AC 82 que es el objeto de la invención. La carga 70 está destinada a ser conectada a la salida del convertidor DC/AC modular multinivel 21. Dependiendo del rendimiento armónico del dispositivo de conversión de energía DC/AC que es objeto de la invención, puede que ya no sea necesario utilizar los filtros de suavizado que eran necesarios con el uso de un convertidor DC/AC multinivel de la técnica anterior, como los convertidores NPC o ANPC, limitados a cinco niveles de voltaje. El control mixto de onda completa combinado con un control MLI permite reducir los armónicos en comparación con el control de onda completa. La salida del dispositivo modular multinivel de conversión de energía DC/AC 82 tiene más niveles de voltaje que en la variante que utiliza el control de onda completa. La fuente de alimentación eléctrica trifásica de corriente alterna 80 es la red de corriente alterna
En los variadores de velocidad de la técnica anterior que utilizaban un convertidor DC/AC modular multinivel, como se muestra en la figura 1, también hay un convertidor AC/DC entre la fuente de alimentación eléctrica de corriente alterna trifásica y el convertidor DC/AC modular multinivel. Se requería un filtro LC de filtrado de la corriente y el voltaje entre el convertidor DC/AC modular multinivel y el convertidor AC/DC. También se podría proporcionar un filtro LC de suavizado de la corriente conectado entre la fuente de alimentación eléctrica de corriente alterna trifásica y el convertidor AC/DC, y un filtro LC de suavizado de voltaje entre el convertidor DC/AC modular multinivel y la carga.
En el variador de velocidad que utiliza un dispositivo modular de conversión de potencia DC/AC de la invención 82, no se requiere un transformador. Si se utiliza, se conectaría entre la fuente de alimentación eléctrica de corriente alterna trifásica 80 y el convertidor AC/DC 81. Se muestra en línea de puntos como opcional con el número de referencia 84. Se utiliza para adaptar el nivel de voltaje de la fuente de alimentación eléctrica de corriente alterna 80, que en las aplicaciones de variadores de velocidad de madia tensión, por ejemplo, está entre 2,3 kV y 15 kV.
El transformador es a menudo un componente voluminoso y caro. Se puede prescindir de él gracias a la cadena de módulos en serie, que permite soportar directamente el nivel de tensión de la fuente de alimentación eléctrica de corriente alterna trifásica.
La figura 9A ilustra ahora otro ejemplo, no limitativo, de un dispositivo modular de conversión de potencia AC/AC multinivel que es el objeto de la invención. En este ejemplo, el dispositivo modular de conversión de potencia AC/AC multinivel es trifásico. Podría ser, por supuesto, monofásico. Este dispositivo modular de conversión de potencia AC/AC multinivel puede ser usado como un variador de velocidad. Tiene un convertidor DC/AC modular multinivel 21, como se describe en la figura 2, pero no un convertidor DC/DC modular multinivel. En lugar del convertidor DC/DC modular multinivel, hay un convertidor AC/DC 90 conectado al convertidor DC/AC modular multinivel 21. Este convertidor AC/DC 90 está destinado para ser conectado por un lado a una fuente de alimentación eléctrica de corriente alterna 80. Por otro lado, está conectado a los dos terminales 27, 28 de corriente continua definidos por los extremos de los brazos del convertidor DC/AC modular multinivel 21.
El convertidor AC/DC 90 puede ser un convertidor AC/DC 90 del tipo puente rectificador con conmutación controlada. Tiene tres brazos 90.1, 90.2, 90.3 conectados en paralelo, definiendo sus extremos 91, 92 dos terminales de corriente continua conectados a los terminales 27, 28 de corriente continua del convertidor DC/AC modular multinivel 21. Cada brazo 90.1, 90.2, 90.3 comprende dos interruptores semiconductores elementales 9.11, 9.12, 9.21, 9.22, 9.31, 9.32 en serie que tienen un nodo común A1, A2, A3, definiendo cada uno de estos nodos comunes A1, A2, A3 un terminal de entrada de corriente alterna (o entrada de corriente alterna) destinado a ser conectado a la fuente de alimentación eléctrica de corriente alterna 80.
En la figura 9A, los interruptores elementales 9.11, 9.12, 9.21, 9.22, 9.31, 9.32 han sido representados como tiristores, pero esto es sólo un ejemplo no limitativo. Por supuesto, es posible sustituirlos por otros tipos de interruptores semiconductores que pueden ser controlados.
En otro modo de realización ilustrado en la Figura 9B, el convertidor AC/DC 90 ha sido sustituido por un convertidor AC/DC modular multinivel que tiene módulos 41 similares a los del convertidor DC/AC modular multinivel que se muestra en la Figura 1, este convertidor AC/DC modular multinivel tiene entonces varios brazos 95.1, 95.2, 95.3 conectados en paralelo cuyos extremos definen los terminales de corriente continua 97, 98. Estos terminales de corriente continua están conectados a los terminales de corriente continua 27, 28 del convertidor DC/AC modular multinivel 21 y, por lo tanto, están confundidos con ellos. Cada brazo 95.1, 95.2, 95.3 comprende dos cadenas 96.11, 96.12, 96.21, 96.22, 96.31, 96.32 de módulos de conmutación 41 conectados en serie que tienen un terminal común 93.1, 93.2, 93.3 respectivamente. La conexión a estos terminales comunes se hace a través de un inductor. Estos terminales comunes 93.1, 93.2, 93.3 definen terminales de corriente alterna para ser conectados a la fuente de alimentación eléctrica de corriente alterna 80. Cada módulo de conmutación 41 es idéntico al mostrado en las figuras 2A-D. En la figura 9B, se proporciona un transformador 84 para la conexión a la fuente de alimentación eléctrica de corriente alterna 80 en un lado y a la entrada de corriente alterna del convertidor con entrada de corriente alterna y salida de corriente continua 90 del dispositivo modular de conversión de potencia multinivel en el otro lado. El transformador 84 es opcional.
En estos modos de realización el convertidor AC/DC se utiliza para ajustar la amplitud de la señal producida por el convertidor DC/AC modular multinivel.
Aunque se han representado y descrito en detalle varios ejemplos de realización de la presente invención, se entiende que se pueden hacer varios cambios y modificaciones sin apartarse del alcance de la invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo modular de conversión de potencia multinivel con salida de corriente alterna y entrada de corriente alterna o corriente continua que comprende:
un convertidor DC/AC modular multinivel (21) con una pluralidad de brazos conectados en paralelo (1.1, 1.2, 1.3) cuyos extremos definen los terminales de entrada de corriente continua (27, 28), comprendiendo cada brazo dos cadenas de módulos de conmutación (4.11, 4.12, 4.13, 4).14, 4.15, 4.16) en serie, conectados a un terminal común (3.1, 3.2, 3.3), definiendo este terminal común un terminal de salida de corriente alterna del dispositivo modular de conversión de potencia de varios niveles, comprendiendo cada módulo de conmutación (4.11, 4.12, 4.13, 4.14, 4.15, 4...).16) al menos un par de interruptores electrónicos de potencia (T111, T211) dispuestos en serie, montados en los terminales de un dispositivo de almacenamiento de energía (4.3), estando los interruptores electrónicos de potencia (T111, T112, T113) de la misma cadena conectados a un terminal de la misma polaridad del dispositivo de almacenamiento de energía (4.3) calificados como homólogos, estando el convertidor DC/AC modular multinivel (21) destinado a ajustar la frecuencia de salida del dispositivo de conversión modular multinivel y que comprende además medios (29) para controlar los interruptores electrónicos de potencia para ponerlos en un estado activado o de bloqueo, caracterizado porque
los medios de control (29) están adaptados para aplicar a los interruptores electrónicos de potencia, durante al menos parte de un intervalo de tiempo de funcionamiento del dispositivo de conversión de potencia, un control de onda completa, teniendo los módulos (4.11, 4.12, 4.13) de una misma cadena entonces interruptores electrónicos de potencia homólogos (T111, T112, T113) en un mismo estado simultáneamente,
los medios de control (29) están adaptados para aplicar, durante al menos otra parte restante del intervalo de tiempo, a los interruptores electrónicos de potencia (T111, T211, T112, T212, T113, T213) un control MLI, aplicándose el control MLI cuando una corriente de salida del dispositivo modular de conversión de potencia multinivel es inferior a un umbral y aplicándose el control de onda completa cuando la corriente de salida es superior o igual al umbral,
y porque también incluye
un convertidor de salida de CC y de entrada de CC o CA (20) que comprende dos terminales de salida (A, 22) conectados a los terminales de entrada de CC (27, 28) del convertidor modular multinivel (21); estando destinado este convertidor de salida de CC a ajustar la amplitud de salida del dispositivo de conversión de potencia.
2. Dispositivo modular de conversión de potencia multinivel según la reivindicación 1, en el que cada módulo (4.11, 4.12, 4.13) comprende un primer interruptor de potencia (T111, TT112, T113) conectado a un terminal de polaridad positiva del dispositivo de almacenamiento de energía (4.3) y un segundo interruptor de potencia (T211, T212, T213) conectado a un terminal de polaridad negativa del dispositivo de almacenamiento de energía (4.3), en el que durante el control de onda completa una corriente fluye sólo en aquellos módulos de conmutación cuyo primer interruptor de potencia está en estado activado.
3. Dispositivo modular de conversión de potencia multinivel según la reivindicación 1 o 2, en el que los medios de control (29) están adaptados para controlar los interruptores electrónicos de potencia de los módulos de una misma cadena de módulos sucesivamente durante el control MLI.
4. Dispositivo modular de conversión de potencia multinivel según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que cada interruptor electrónico de potencia (T111) está asociado a un diodo (D111) en anti-paralelo.
5. Dispositivo modular de conversión de potencia multinivel según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que cada interruptor electrónico de potencia (T111, T211) se selecciona de un transistor bipolar de puerta aislada, un transistor de efecto de campo, un MOSFET, un tiristor de apagado de puerta, un tiristor controlado por puerta integrada.
6. Dispositivo modular de conversión de potencia multinivel según una de las reivindicaciones 1 a 5, en la que el dispositivo de almacenamiento de energía (4.3) se selecciona a partir de un condensador, una batería, una pila de combustible.
7. Dispositivo modular de conversión de potencia multinivel según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la conexión de las cadenas de módulos de un mismo brazo al terminal común (3.1, 3.2, 3.3) se realiza mediante inductores (L11, L12, L21, L22, L31, L32).
8. Dispositivo modular de conversión de potencia multinivel según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el convertidor de entrada y salida de corriente continua (20) es un convertidor DC/AC modular multinivel que tiene un solo brazo (20).1) cuyos extremos definen dos terminales de entrada de CC, que comprenden dos medios brazos (25) en serie que tienen un terminal común (A), definiendo dicho terminal común (A) uno de los terminales de salida de corriente continua, definiendo uno de los extremos el otro terminal de salida (22), comprendiendo cada semibrazo una cadena de módulos de conmutación (26) con al menos un par de interruptores electrónicos de potencia conectados en serie, estando dicho par montado en los terminales de un dispositivo de almacenamiento de energía, y los medios de control (30) de los interruptores electrónicos de potencia de cada módulo.
9. Dispositivo modular de conversión de potencia multinivel según la reivindicación 8, en el que los medios de control (30) de los interruptores electrónicos de potencia de cada módulo (26) del convertidor DC/AC modular multinivel (20) están adaptados para aplicar un control de onda completa a los interruptores electrónicos de potencia, teniendo el control de onda completa una frecuencia mayor que la frecuencia del control de onda completa de los medios de control (29) de los interruptores electrónicos de potencia de cada módulo (411, 4.12, 4.13) del convertidor DC/AC modular multinivel (21).
10. Dispositivo modular de conversión de potencia multinivel según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el convertidor con salida de corriente continua y entrada de corriente alterna (90) es un puente rectificador de conmutación controlada.
11. Dispositivo modular de conversión de potencia multinivel según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el convertidor con salida de corriente continua y entrada de corriente alterna (90) es un convertidor DC/AC modular multinivel.
12. Variador de velocidad que comprende un dispositivo modular de conversión de potencia multinivel según una de las reivindicaciones 1 a 11.
13. Variador de velocidad según la reivindicación 12, en el que el dispositivo modular de conversión de potencia multinivel comprende un convertidor con una salida de corriente continua y una entrada de corriente alterna (90), estando la entrada de corriente alterna (A1, A2, A3) destinada a ser conectada a una fuente de alimentación eléctrica de corriente alterna (80).
14. Variador de velocidad según la reivindicación 12, en el que el dispositivo modular de conversión de potencia multinivel comprende un convertidor con entrada de corriente continua y salida de corriente continua (20), comprendiendo además el variador de velocidad un convertidor de entrada de corriente alterna y salida de corriente continua (81) destinado a ser conectado en el lado de entrada de corriente alterna a una fuente de alimentación de corriente alterna (80) y en el lado de salida de corriente continua al convertidor con entrada de corriente continua y salida de corriente continua (20).
15. Variador de velocidad según la reivindicación 14, que comprende además un transformador (84) destinado a ser conectado por un lado a la fuente de alimentación de corriente alterna (80) y por el otro lado a la entrada de corriente alterna del convertidor con entrada de corriente alterna y salida de corriente continua (90) del dispositivo modular de conversión de potencia multinivel.
ES16716593T 2015-05-11 2016-04-15 Dispositivo de conversión de potencia de media tensión multinivel con salida en corriente alterna Active ES2848374T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1554177A FR3036237B1 (fr) 2015-05-11 2015-05-11 Dispositif de conversion de puissance moyenne tension multiniveaux a sortie alternative
PCT/EP2016/058391 WO2016180599A1 (fr) 2015-05-11 2016-04-15 Dispositif de conversion de puissance moyenne tension multiniveaux a sortie alternative

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2848374T3 true ES2848374T3 (es) 2021-08-09

Family

ID=54065994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES16716593T Active ES2848374T3 (es) 2015-05-11 2016-04-15 Dispositivo de conversión de potencia de media tensión multinivel con salida en corriente alterna

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10498258B2 (es)
EP (1) EP3295550B1 (es)
CN (1) CN107873119B (es)
BR (1) BR112017019803B8 (es)
ES (1) ES2848374T3 (es)
FR (1) FR3036237B1 (es)
RU (1) RU2681313C1 (es)
WO (1) WO2016180599A1 (es)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN209170215U (zh) * 2016-02-08 2019-07-26 西门子股份公司 用于多级变流器的转换器模块和多级变流器
EP3252937A1 (de) * 2016-06-03 2017-12-06 Fronius International GmbH Wechselrichter und verfahren zum betreiben eines wechselrichters
CN107359605A (zh) * 2017-09-12 2017-11-17 东北电力大学 一种抑制模块化多电平换流器直流侧故障过电流方法
CN109067300A (zh) * 2018-09-19 2018-12-21 苏州艾思控科技有限公司 一种电压自均衡多电平结构的电机驱动***
EP3672078A1 (de) * 2018-12-18 2020-06-24 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum ansteuern von halbleitern
TWI728503B (zh) * 2019-10-14 2021-05-21 台達電子工業股份有限公司 電力系統
WO2021159219A1 (en) * 2020-02-14 2021-08-19 Ecole De Technologie Superieure Three-phase multilevel electric power converter
US10910824B1 (en) * 2020-07-22 2021-02-02 North China Electric Power University Active control-based protection system and method for flexible direct current system of photovoltaic plant

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1010031B (de) 1955-11-08 1957-06-13 Bergbaustahl G M B H Ausbaurahmen fuer Grubenbetriebe, Tunnelbauten od. dgl.
JP2679203B2 (ja) * 1989-01-12 1997-11-19 富士電機株式会社 電圧形インバータの停止保護回路
EP2416486B1 (en) * 2009-03-30 2018-05-30 Hitachi, Ltd. Power conversion device
JP5435464B2 (ja) * 2009-09-30 2014-03-05 国立大学法人東京工業大学 モータ始動方法
EP2408081A1 (de) * 2010-07-16 2012-01-18 ABB Technology AG Modularer Multiniveau Umrichter
WO2014133026A1 (ja) * 2013-03-01 2014-09-04 国立大学法人東京工業大学 速度センサレスモータ制御装置および速度センサレスモータ始動方法
JP6206118B2 (ja) * 2013-08-02 2017-10-04 株式会社明電舎 マルチレベル電力変換装置
US10075056B2 (en) * 2014-03-19 2018-09-11 General Electric Company Modular embedded multi-level converter
WO2016017517A1 (ja) * 2014-08-01 2016-02-04 三菱電機株式会社 電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
BR112017019803A2 (pt) 2018-05-29
EP3295550A1 (fr) 2018-03-21
RU2681313C1 (ru) 2019-03-06
BR112017019803B1 (pt) 2022-11-08
BR112017019803B8 (pt) 2023-01-10
FR3036237A1 (fr) 2016-11-18
CN107873119A (zh) 2018-04-03
CN107873119B (zh) 2020-06-26
WO2016180599A1 (fr) 2016-11-17
US20180131291A1 (en) 2018-05-10
EP3295550B1 (fr) 2020-12-16
FR3036237B1 (fr) 2018-06-01
US10498258B2 (en) 2019-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2848374T3 (es) Dispositivo de conversión de potencia de media tensión multinivel con salida en corriente alterna
US11342876B2 (en) Drive system and method of operation thereof for reducing DC link current ripple
Liu et al. A novel nine-level quadruple boost inverter with inductive-load ability
US9219423B2 (en) Converter bridge arm suitable for high-voltage applications and application system thereof
US10447173B2 (en) Single-phase five-level active clamping converter unit and converter
ES2762218T3 (es) Convertidor de tensión de múltiples niveles
EP2731250B1 (en) Multilevel converter circuit
US5710698A (en) Delta connected resonant snubber circuit
US20210111642A1 (en) Power converter for energy transmission
CN107408898B (zh) 用于多电平能量变换器的变换器模块
ES2659450T3 (es) Convertidor directo de corriente alterna modular sin transformador con almacenamiento de energía distribuido
ES2938745T3 (es) Etapa de conversión, convertidor eléctrico que comprende dicha etapa de conversión, dispositivo de conversión de una corriente alterna en una corriente continua que comprende dicho convertidor, y terminal de carga de una batería eléctrica que comprende dicho convertidor o dispositivo de conversión
WO2017144693A1 (en) Dual submodule for a modular multilevel converter and modular multilevel converter including the same
JP6195202B2 (ja) 電力変換装置、およびそれを用いたパワーコンディショナ
KR20090126993A (ko) 전력회생이 가능한 멀티레벨 컨버터용 모듈 및 이를 이용한멀티레벨 컨버터
CN108702084A (zh) 转换器
ES2381657T3 (es) Dispositivo de multicelda para conversión de energía
Sun et al. Novel H-bridge multi-level inverter with DC-link switches
WO2015158402A1 (en) Improvements in or relating to power modules for use in power transmission networks
Floricau et al. New multilevel flying-capacitor inverters with coupled-inductors
Radke et al. Low Commutation Inductance Using Standard Half Bridge IGBT Modules in High Power 3-Level (A)-NPC Inverters
ES2746054T3 (es) Procedimiento para hacer funcionar un convertidor y un convertidor de 3 niveles
KR20230151479A (ko) 스위칭 커패시터를 구비한 일반화된 멀티레벨 컨버터 회로 토폴로지
CN103296900B (zh) 储能装置的直流电压截取装置和由储能装置生成直流电压的方法
CN108604877B (zh) 链式链路转换器的子模块