[發(fā)明專利]級(jí)聯(lián)的多電平功率轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480005643.3
• 申請(qǐng)日: 2014-01-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104937830B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J-P.拉維維利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 施耐德東芝換流器歐洲公司
• 主分類號(hào): H02M7/49
• 分類號(hào): H02M7/49
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 邸萬(wàn)奎

本發(fā)明涉及一種多電平功率轉(zhuǎn)換器，包含：n個(gè)輸入級(jí)(E_{in_n})，n至少等于1，每個(gè)輸入級(jí)包含n+1個(gè)連接在一起的相同的輸入轉(zhuǎn)換器(CONV_{x_En})，輸入轉(zhuǎn)換器(CONV_{x_En})展現(xiàn)了從NPC(受鉗制中性點(diǎn))、ANPC(活躍受鉗制中性點(diǎn))、NPP(先導(dǎo)控制中性點(diǎn))以及SMC(堆棧式多單元轉(zhuǎn)換器)的結(jié)構(gòu)中選出的相同拓?fù)洌惠敵黾?jí)(E_out)，連接于第一輸入級(jí)，并且包含輸出轉(zhuǎn)換器(CONV_S)，向輸出轉(zhuǎn)換器(CONV_S)提供差動(dòng)電壓(V_float)，該差動(dòng)電壓(V_float)是因施加于第一輸入級(jí)的第一輸入轉(zhuǎn)換器輸出端的第一電位和施加于第一輸入級(jí)的第二輸入轉(zhuǎn)換器輸出端的第二電位所產(chǎn)生的，輸出轉(zhuǎn)換器(CONV_S)展現(xiàn)了從具有飛跨電容器(FC)、SMC(堆棧式多單元轉(zhuǎn)換器)、NPC(受鉗制中性點(diǎn))、NPP(先導(dǎo)控制中性點(diǎn))以及ANPC(活躍受鉗制中性點(diǎn))的結(jié)構(gòu)中選出的拓?fù)洹?/p>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多電平功率轉(zhuǎn)換器。更具體地講，本發(fā)明的多電平轉(zhuǎn)換器旨在在中等電壓范圍內(nèi)操作。

背景技術(shù)

當(dāng)前的某些應(yīng)用要求非常高的電壓。即使用于功率轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體的性能水平正在不斷提高，它們的承壓度仍不足以產(chǎn)生緊致和安全的功率轉(zhuǎn)換器。因此，形成了各種允許電壓增加同時(shí)又符合部件承壓度的方案。

第一種方案僅涉及串行鏈接交換器。然而，無(wú)論在靜態(tài)系統(tǒng)中還是在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中，都難以在交換器中的每一個(gè)交換器上均勻地分配電壓約束。例如，當(dāng)接通時(shí)，交換最慢的交換器冒著承受過(guò)量瞬時(shí)電壓的風(fēng)險(xiǎn)，而當(dāng)關(guān)閉時(shí)，最快的交換器冒著被毀壞的風(fēng)險(xiǎn)。為了克服這些不利之處，人們推出了其它一些基于對(duì)交換器進(jìn)行交錯(cuò)控制的方案。這些方案允許采用旨在恢復(fù)波形的多個(gè)電壓電平。

已經(jīng)出現(xiàn)的第二方案為人們所熟悉的NPC(受鉗制中性點(diǎn))拓?fù)洹＿@一拓?fù)涫蛊胶饨粨Q器所承受電壓的問(wèn)題得以明顯改進(jìn)，并且允許生成滿意的波形。然而，這一拓?fù)渚哂袑?duì)其使用的限制，并且特別在總線電容器上電壓的平衡方面存在不足。于是，人們通過(guò)用受控交換器取代二極管來(lái)對(duì)這一NPC 型拓?fù)溥M(jìn)行了改進(jìn)。這一改進(jìn)的拓?fù)浔环Q為ANPC(活躍受鉗制中性點(diǎn))，并且已經(jīng)在某些產(chǎn)品(來(lái)自ABB公司的ACS 2000)中實(shí)現(xiàn)了這一拓?fù)洹＠纾?a title="鉆瓜專利網(wǎng)">專利US6930899中描述了一種替代NPC拓?fù)涞摹⒎Q為NPP(先導(dǎo)控制中性點(diǎn))的可選拓?fù)洹?/p>

第三種方案已經(jīng)出現(xiàn)，其使用了嵌套的單元。嵌套的單元轉(zhuǎn)換器允許通過(guò)串行鏈接任何數(shù)目的交換器把電壓源連接于電流源，而無(wú)論所要求的轉(zhuǎn)換類型如何。每一個(gè)基本單元均具有兩個(gè)交換器和一個(gè)電容器。然而，這一方案同樣具有與每一個(gè)單元中飛跨電容器(flying capacitor)的存在相關(guān)的不足之處，飛跨電容器的數(shù)目導(dǎo)致了額外的開(kāi)銷，并且需要大量存儲(chǔ)的能量。

為了減小電容器的尺寸以及降低存儲(chǔ)在轉(zhuǎn)換器中的能量，人們提出了第四種方案。這一方案稱為堆棧多單元轉(zhuǎn)換器(SMC)。專利EP1287609中所描述的這一方案涉及多個(gè)嵌套的單元轉(zhuǎn)換器的鏈接。

最終，專利US5625545中描述了最后一種方案。這一方案涉及串行地鏈接所述單元的輸出端，并且使用獨(dú)立的源向每一個(gè)單元提供電能。每一個(gè)單元均具有一個(gè)整流器和一個(gè)倒相器。串行地鏈接所述單元的輸出端，以在負(fù)載上生成所希望的電壓電平。使用對(duì)倒相器的控制中的時(shí)間位移獲得多電平電壓。

另外，以下文檔中也對(duì)各方案進(jìn)行了描述。

-FANG ZHENG:A Generalized Multilevel Inverter Topology with SelfVoltage Balancing–01/03/2001,XP011022945