[發明專利]變換器模塊、裝置、系統和相關方法

有效

• 申請號: 201410035785.6
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN104811073B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 理查德.張;張帆;陳昆侖
• 申請（專利權）人: 通用電氣能源電能變換科技有限公司
• 主分類號: H02M7/49
• 分類號: H02M7/49
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 周少杰;張貴東

本發明揭示一種變換器模塊，其包括至少三個開關單元以及至少三個輸入級聯端和至少三個輸出級聯端。該三個輸入級聯端可以分別與其他變換器模塊的三個輸出級聯端連接或者與直流環節對應的端口連接，該三個輸出級聯端可以分別與其他變換器模塊的三個輸入級聯端連接或者共同連接在一起，以形成具有嵌套式結構的多電平變換器裝置。其中，該三個開關單元被控制成各自獨立地執行開關動作，并且該三個開關單元的開通狀態分別并排他地對應該三個輸出級聯端不同的輸出電壓。本發明還揭示變換器裝置，電能變換系統及相關方法。

技術領域

本發明公開的實施方式涉及變換器裝置和驅動方法，特別涉及一種具有新拓撲架構的變換器模塊、裝置、系統和相關方法。

背景技術

變換器（Converter）一般被用作能量變換裝置，以將一種形式的能量變換成另一種形式的能量。特別地，多電平變換器，例如，三電平、五電平以及更高電平等級的變換器等，由于其較好的輸出波形品質以及較高的耐壓能力，在很多工業領域取得逐漸廣泛的應用。例如，多電平逆變器已經被應用在石化、造紙、礦山、冶金、電廠、水處理廠等領域，以給特定的負載，例如，交流電機等提供交流輸出電壓。

現有的變換器所采用的拓撲架構一般包括三電平中點箝位架構和兩相H橋級聯式架構等。但是，現有拓撲架構的變換器的輸入/輸出波形仍然不太理想，因此有必要設計具有新的拓撲架構的變換器來解決現有變換器所存在的技術問題。

發明內容

有鑒于上文提及之技術問題，本發明的一個方面在于提供一種變換器模塊。該變換器模塊至少包括三個開關單元以及至少三個輸入級聯端和三個輸出級聯端。該至少三個輸入級聯端可以分別與其他變換器模塊的至少三個輸出級聯端連接或者與直流環節連接，該至少三個輸出級聯端可以分別與其他變換器模塊的至少三個輸入級聯端連接或者共同連接在一起，以形成具有嵌套式結構的多電平變換器裝置。其中，該至少三個開關單元被控制成各自獨立地執行開關動作，并且該至少三個開關單元的開通狀態分別并排他地對應該至少三個輸出級聯端不同的輸出電壓。

在一些實施方式中，在提供的變換器裝置中，該變換器模塊為位于嵌套式結構最外層的模塊，其三個輸入級聯端分別與直流環節的第一端、第二端以及直流中點連接，其三個輸出級聯端分別與其他變換器模塊的三個輸入級聯端連接。該至少三個開關單元包括第一開關單元，第二開關單元和第三開關單元，其中，該第一開關單元開通，該第二、第三開關單元關斷時，其第一輸出級聯端排他地提供第一等級輸出電壓。該第二開關單元開通，該第一、第三開關單元關斷時，其第二輸出級聯端排他地提供第二等級輸出電壓。該第三開關單元開通，該第一、第二開關單元關斷時，其第三輸出級聯端排他地提供第三等級輸出電壓。

在一些實施方式中，在提供的變換器裝置中，該變換器模塊為位于嵌套式結構最內層的模塊，其三個輸入級聯端分別與其他變換器模塊的三個輸出級聯端連接，其三個輸出級聯端與變換器裝置的輸出端共同連接。該至少三個開關單元包括第一開關單元，第二開關單元和第三開關單元，其中，該第一開關單元開通，該第二、第三開關單元關斷時，其第一輸出級聯端排他地提供第一等級輸出電壓。該第二開關單元開通，該第一、第三開關單元關斷時，其第二輸出級聯端排他地提供第二等級輸出電壓。該第三開關單元開通，該第一、第二開關單元關斷時，其第三輸出級聯端排他地提供第三等級輸出電壓。

在一些實施方式中，在提供的變換器裝置中，該變換器模塊包括縱向橋臂和橫向橋臂，其中，該至少三個開關單元中至少二者被放置于該縱向橋臂上，該至少三個開關單元中至少一者被放置在該橫向橋臂上。

在一些實施方式中，在提供的變換器裝置中，至少一個位于橫向橋臂的開關單元為雙向可控的開關。

在一些實施方式中，在提供的變換器裝置中，至少一個位于橫向橋臂的開關單元包括第一子開關和第二子開關，該第一子開關和該第二子開關分別為單向可控的開關，且方向相反。