[發(fā)明專利]多電平功率變流器及用于控制多電平功率變流器的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580080876.4
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN108604797B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: L·哈內(nèi)弗斯;T·滕納
• 申請（專利權(quán)）人: ABB瑞士股份有限公司
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32;H02M7/483
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 李輝

一種用于一個或多個相的多電平功率變流器。該變流器包括一個或多個變流器臂(3)，該變流器臂(3)包括多個串聯(lián)連接的開關(guān)單元(20)。每個開關(guān)單元(20)包括多個開關(guān)器件(40a，40b，40c，40d)、主能量存儲器(50)、次能量存儲器(52)和第一電感器(54)。開關(guān)器件被布置成選擇性地提供到主能量存儲器的連接，其中每個開關(guān)單元包括橋式電路(60)、電池電路(62)和臂電路(64)，橋式電路包括開關(guān)器件和主能量存儲器，電池電路連接到橋式電路并包括次能量存儲器，臂電路提供在兩個相鄰開關(guān)單元之間的連接。每個開關(guān)單元的第一電感器被布置在臂電路中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于一個或多個相的多電平功率變流器。該變流器包括一個或多個變流器臂，該變流器臂包括多個串聯(lián)連接的開關(guān)單元。每個開關(guān)單元包括多個開關(guān)器件、主能量存儲器、次能量存儲器和第一電感器。開關(guān)器件被布置成選擇性地提供到主能量存儲器的連接。每個開關(guān)單元包括橋式電路、電池電路和臂電路，橋式電路包括開關(guān)器件和主能量存儲器，電池電路連接到橋式電路并包括次能量存儲器，臂電路提供在兩個相鄰開關(guān)單元之間的連接。

本發(fā)明還涉及一種用于控制多電平功率變流器的方法。

背景技術(shù)

多電平變流器用于將DC電力轉(zhuǎn)換到AC電力或者將AC電力轉(zhuǎn)換到DC電力。多電平變流器可用于許多高功率應(yīng)用，其中系統(tǒng)中存在中電壓到高電壓等級。

當(dāng)從DC電壓形成AC電壓時，多電平變流器通過在開關(guān)單元的橋式電路中準(zhǔn)確地控制開關(guān)器件，以小的電壓階躍形成AC電壓。由此，控制主能量存儲器的充電和放電以使得變流器輸出期望的AC電壓。

開關(guān)單元的開關(guān)器件例如是集成門極換向晶閘管(IGCT)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。開關(guān)單元的主能量存儲器通常是電容器，但是也可以使用電池。

為了使得多電平變流器能夠用于將來自可再生能源的涉及發(fā)電功率中的驟升和驟降的能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，功率變流器可以設(shè)置有次能量存儲器，諸如一個或多個電池或超級電容器。功率變流器的每個開關(guān)單元需要電感，以便有助于實現(xiàn)到次能量存儲器的平滑電流和來自次能量存儲器的平滑電流。

WO2010/124706A1公開了一種模塊化多電平變流器，其包括多個變流器臂，每個變流器臂包括串聯(lián)連接的多個開關(guān)單元。每個單元包括電容器單元、橋式裝置中的功率半導(dǎo)體以及由包括電感的斬波器裝置所控制的能量存儲裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的多電平變流器，其設(shè)置有用于將來自再生能源的能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換的次能量存儲器。特別地，本發(fā)明的第一個目的是提供一種配置有備選操作模式的多電平變流器。本發(fā)明的第二個目的是提供一種在故障情況下能夠?qū)⒋文芰看鎯ζ鞲綦x的多電平變流器。本發(fā)明的第三個目的是提供一種多電平變流器，該多電平變流器使每個開關(guān)單元減少電感來提供次能量存儲器的平滑電流。

該目的通過多電平功率變流器獲得，該變流器包括一個或多個變流器臂，該變流器臂包括多個串聯(lián)連接的開關(guān)單元，每個開關(guān)單元包括多個開關(guān)器件、主能量存儲器、次能量存儲器和第一電感器，開關(guān)器件被布置成選擇性地提供到主能量存儲器的連接，其中每個開關(guān)單元包括橋式電路、電池電路和臂電路，橋式電路包括開關(guān)器件和主能量存儲器，電池電路連接到橋式電路并包括次能量存儲器，臂電路提供在兩個相鄰開關(guān)單元之間的連接。該變流器的特征在于，每個開關(guān)單元的電感器被布置在臂電路中。

通過將電感器布置在臂電路中，與現(xiàn)有技術(shù)的多電平變流器相臂，電感器可以具有明顯更低的電感。

另一個優(yōu)點是，本發(fā)明的多電平變流器通過控制開關(guān)器件使得其能夠?qū)崿F(xiàn)操作的備選方式。特別地，在故障的情況下多電平變流器能夠?qū)崿F(xiàn)次能量存儲器的隔離。

然而，本發(fā)明的多電平變流器具有缺點，即與現(xiàn)有技術(shù)的多電平變流器相比，單元電感器的額定電流更高。