[發明專利]多電平轉換器

在審

• 申請號: 201280068101.1
• 申請日: 2012-11-15
• 公開（公告）號: CN104067504A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: A.達斯;H.納德米;L.諾魯姆
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張凌苗;徐紅燕

技術領域

本發明涉及用于執行DC到AC或者AC到DC電壓轉換的多電平轉換器。

背景技術

多電平轉換器最近被采用用于在DC（直流）電壓和AC（交流）電壓之間轉換。這樣的轉換器提供不同的電壓電平，例如可以通過所述電壓電平合成AC電壓。轉換器在AC電壓的生成中可以進一步使用脈寬調制（PWM）技術。在AC輸出處的不同電壓電平的使用進一步減少針對PWM的需要的切換頻率。類似地，這樣的轉換器可以被用于從AC電壓輸入生成DC電壓。

模塊化多電平轉換器（MMC）是近代提出的有希望的多電平轉換器拓撲。這樣的轉換器具有模塊化結構，其為容錯應用提供冗余單元和容易的可伸縮性。MMC可以包括串聯的多個轉換器單元。每個單元可以具有兩個開關和電容器。當開關中的一個接通時，旁路電容器并且轉換器單元的輸出電壓是零。當另一個開關接通時，在輸出處獲得電容器電壓。對于串聯連接的許多單元，可以使轉換器的輸出電壓相對平滑并且不需要或者需要非常少的濾波來改進輸出電壓質量。

在這樣的拓撲中，為生成具有期望的峰到峰幅度的輸出AC電壓，每個轉換器臂需要能夠生成具有大于AC峰到峰幅度的量值的電壓。需要相應地額定（rate）轉換器的電氣和電子部件。額定較高的部件常常較昂貴并且更難生產。

發明內容

因而，存在針對改進的多電平轉換器，特別是針對能夠以具有減少的額定電壓的部件操作的多電平轉換器的需要。

通過獨立權利要求的特征來滿足該需要。從屬權利要求描述了本發明的實施例。

根據本發明的實施例，提供了一種用于執行DC到AC或AC到DC電壓轉換的多電平轉換器。多電平轉換器包括第一DC端子、第一轉換器臂和第二轉換器臂，每個轉換器臂包括至少一個轉換器單元、以及至少一個AC端子。多電平轉換器進一步包括電部件，其中第一轉換器臂、電部件和第二轉換器臂在第一DC端子和第二DC端子之間串聯連接。電部件連接在第一轉換器臂和第二轉換器臂之間。AC端子電耦合到電部件使得可以將跨電部件施加的電壓變換到在AC端子上的輸出電壓，或者使得可以將供應到AC端子的電壓變換到跨電部件施加的電壓。

因為例如在執行DC到AC轉換時拾取跨電部件的差分電壓，所以僅需要每個轉換器臂產生與常規多電平轉換器相比較低的電壓。作為示例，可能需要跨電部件提供 +/- 半峰到峰AC電壓的最大值，用于生成具有全峰到峰幅度的輸出AC電壓。因此，在每個轉換器臂中，可以使用具有較低額定電壓的部件。

在實施例中，電部件可以包括串聯連接在第一轉換器臂和第二轉換器臂之間的電感器。

在實施例中，多電平轉換器是具有用于每相的AC端子的至少三相轉換器。第一轉換器臂、電部件和第二轉換器臂是轉換器支線（converter leg）的一部分。多電平轉換器可以包括用于每相的這樣的轉換器支線（即其可以包括用于三相的三個轉換器支線），其中用于每相的AC端子電耦合到各個轉換器支線的電部件。在這樣的配置中，多電平轉換器可以將DC電壓轉換到三相或更多相的AC電壓，并且可以將三相或更多相的AC電壓轉換到DC電壓。

在實施例中，電部件是具有第一變壓器繞組和第二變壓器繞組的變壓器，第一變壓器繞組與第一轉換器臂和第二轉換器臂串聯連接，第二變壓器繞組連接到AC端子。第一變壓器繞組可以電感地耦合到第二變壓器繞組。第一和第二變壓器繞組可以例如具有耦合的磁通量。變壓器提供簡單配置，在所述簡單配置中，可以在AC端子處提供跨第一變壓器繞組的電壓。變壓器可以進一步用于增加或減少生成的AC電壓的電壓幅度。

每個變壓器的第二繞組可以具有兩個端子。每個第二繞組的一個端子可以連接到各個AC端子。另一個端子可以連接到剩余的變壓器的第二繞組的相應的其他端子。在三相多電平轉換器中，三個變壓器的第二繞組的其他端子可以因此以星形配置連接。

在實施例中，單個電感器可以與第一轉換器臂和第二轉換器臂串聯連接?？梢杂勺儔浩鞯牡谝焕@組提供電感。因而，借助于變壓器的第一繞組，可以限制在轉換器支線中的循環電流（circulating current）。

在第一變壓器繞組上的電壓和在第二變壓器繞組上的電壓之間的比可以是大約1：1。特別地，第一變壓器繞組和第二變壓器繞組的繞組比可以是大約1：1。