[發明專利]多電平變流器系統

有效

• 申請號: 201410373438.4
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104348376B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: L.J.加塞斯;張迪;A.A.羅克希爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣能源能量變換技術有限公司
• 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: 葉曉勇;湯春龍

本發明提供一種電力變流器。所述電力變流器包括至少一個臂。電力變流器的至少一個臂包括多個開關單元。多個開關單元以串聯方式彼此耦合。此外，在電力變流器中，開關單元被選擇為使得電力變流器中的至少兩個開關單元具有不同的工作電壓。

技術領域

本發明總體上涉及電力變流器(power converter)，更具體而言，涉及多電平配置的變流器。

背景技術

電力變換的實用性和重要性隨著在諸如電機驅動、可再生能源系統和高壓直流(HVDC)系統等應用中獲得的優勢已經增長。多電平變流器作為一種用于各種中高壓應用的有前途的電力變流技術而興起。

與傳統的兩電平變流器相比，多電平變流器(Multilevel converter)提供多種優勢。例如，多電平變流器的電源質量和效率優于兩電平變流器。此外，多電平變流器是電網和可再生能源(例如光伏(PV)電池、燃料電池和風力渦輪機)之間的理想接口。

已經使用模塊化結構設計了無變壓器的多電平變流器。這種多電平變流器通常包括在DC總線之間耦合的多個電源模塊。變流器的模塊化結構允許堆疊這些變流器以提供不同的功率和電壓水平。

在一些模塊化多電平變流器實施例中，控制電源模塊以控制在變流器的輸出端子處觀察到的電壓。通常，每個電源模塊促成變流器中電壓控制的一個步驟。在對稱配置中，考慮變流器的額定電壓和電力變流器控制所需的電壓階躍變化，可以計算開發具有理想額定電壓的變流器所需的電源模塊的數量。

例如，在具有10kV額定電壓和1kV電壓階躍的電力變流器的對稱配置中，需要至少10個1kV的電源模塊，以獲得理想結果。這樣，設計具有對稱配置的理想電力變流器所需的電源模塊的數量隨著電力變流器額定電壓的增大而增加。

電源模塊數量的增加導致電力變流器成本的增加。此外，電源模塊的增加還導致電力變流器的效率降低。

還可能增大電壓階躍變化。在這種情況下，開發理想額定電壓需要較少的模塊，但是對于相同的平均開關頻率，最終的交流電壓諧波將增大。

因此，需要一種模塊化多電平電力變流器系統，其提供與對稱式變流器相同的額定電壓和諧波性能，同時減少使用的電源模塊的數量。

發明內容

在本發明的一個實施例中，提供一種電力變流器。所述電力變流器包括至少一個臂(leg)。至少一個臂包括多個開關單元。至少兩個開關單元的工作電壓彼此不同。

優選地，所述多個開關單元中的至少一些開關單元的每一個包括多個完全可控半導體開關和至少一個能量存儲裝置。

優選地，所述多個完全可控半導體開關包括絕緣柵雙極晶體管、金屬氧化物半導體場效應晶體管、門極可關斷晶閘管、絕緣門極換向晶閘管、注入增強柵晶體管或其中任意組合。所述多個完全可控半導體開關包括碳化硅基開關、氮化鎵基開關、砷化鎵基開關或其其中任意組合。

優選地，多個開關單元限定第一串。所述第一串耦合至第一DC或AC總線，以及第二DC或AC總線。

優選地，還包括第二串，所述第二串包括多個完全可控半導體開關、第一連接節點和第二連接節點。所述第二串耦合至第一DC或AC總線，以及第二DC或AC總線。

優選地，所述第一串通過所述第一連接節點和第二連接節點與所述第二串耦合。

優選地，所述第二串包括第一支路和第二支路，其中所述第二支路通過第三連接節點可操作地耦合至所述第一支路。所述第三連接節點可操作地耦合至第三總線。所述第三總線包括直流或交流總線。

優選地，所述第一串包括第一部分和第二部分。所述第一串的第一部分和第二部分可操作地耦合至第四總線。

優選地，所述第四總線包括交流相。