刻。它是相對于圖6. 03的載波 Carl頻率相同但反相的、振幅位于+1與-1之間的三角波信號。將命令電壓Vref疊加在載 波Car2上。
[0136] 圖8.1圖示了用于第二級Et2的浮動電容器類型的電池CelO的基本開關(guān)T1的控 制信號的時序圖。只要命令電壓Vref大于Carl，就啟用此基本開關(guān)T1。
[0137] 圖8. 2圖示了用于第二級Et2的浮動電容器類型的電池CelO的基本開關(guān)T2的控 制信號的時序圖。只要命令電壓Vref大于Car2,就啟用此基本開關(guān)T2。
[0138] 這兩個控制信號是處于載波Carl和Car2的頻率的門信號。此頻率比圖6. 1、圖 6. 2、圖7. 1、圖7. 2中圖示、且處于輸出電流Is的頻率的用于第一級的基本開關(guān)T4u、T3u、 T6u、T5u的控制信號的頻率高得多。
[0139] 圖8. 3圖不了從基本開關(guān)T2流至基本開關(guān)T1的電流IT1的時序圖。
[0140] 圖8. 4圖示了從基本開關(guān)T2流至電容器Cf的電流ICf的時序圖。
[0141] 圖8. 5圖示了圖4A中圖示的轉(zhuǎn)換器臂的輸出電流Is的時序圖。這最后三個時序 圖要與作為基本開關(guān)T1和基本開關(guān)T2的控制的時序圖的圖8. 6和圖8. 7的時序圖相比較。 圖8. 3至圖8. 7的時序圖具有相同時基。已經(jīng)擴展圖6. 03、圖6. 04、圖8. 1、圖8. 2的時序 圖的時基以使得基本開關(guān)的開關(guān)時刻更明顯。
[0142] 圖9. 1圖示了跨越連接在圖4A中圖示的轉(zhuǎn)換器臂的輸出處的負載10的端子的電 壓的時序圖，在對電池CelO的基本開關(guān)T1和T1'公共的節(jié)點S處實現(xiàn)輸出。
[0143] 圖9. 2圖示了在連接在圖4A中圖示的轉(zhuǎn)換器臂的輸出處的負載10中流過的輸出 電流Is的時序圖。
[0144] 可注意到，圖9. 1中圖示的電壓以0V為中心，并且其振幅從-3000V到+3000V。七 個電壓電平清晰可見。電壓通過1000V的梯級而變化。之前的表中提到的值全部為正，并 且在這些幅值之間存在VDC/2的偏移。對于繼而產(chǎn)生時序圖的仿真，負載10的電阻等于10 歐姆，電感等于300mH，從而導(dǎo)致對于有效值20A的最大電流30A。
[0145] 參考圖10,已經(jīng)示出了變速驅(qū)動裝置，其包括級聯(lián)的轉(zhuǎn)換器1和轉(zhuǎn)換器2,轉(zhuǎn)換器1 作為本發(fā)明的主題，按照AC/DC整流器工作，轉(zhuǎn)換器2作為本發(fā)明的主題，按照DC/AC逆變 器工作，同時在其兩者之間，在DC側(cè)設(shè)置諸如儲能器件的電壓源3。整流器1用于連接在到 可以認為是電流源的交流供電網(wǎng)Re的輸入。逆變器2用于連接在到可以認為是諸如AC電 機M的電流源的用戶設(shè)備的輸出。圖10圖示了兩個轉(zhuǎn)換器1和2為三相的示例。它們各 自將包括三個臂，諸如圖4A、圖4B中表示的那些臂。
[0146] 作為本發(fā)明的主題的多電平轉(zhuǎn)換器比具有變壓器的現(xiàn)有技術(shù)轉(zhuǎn)換器緊湊且輕得 多。安裝和運輸容易得多?？梢栽诰哂谢虿痪哂懈綦x變壓器的情況下使用該多電平轉(zhuǎn)換器。 可以將該多電平轉(zhuǎn)換器直接插入到用于AC/DC整流器操作的交流網(wǎng)絡(luò)中。通過將該多電平 轉(zhuǎn)換器與再生有源整流器相關(guān)聯(lián)，該多電平轉(zhuǎn)換器允許最小化電網(wǎng)的諧波污染并校正功率 因數(shù)。作為本發(fā)明的主題的轉(zhuǎn)換器無論作為逆變器還是整流器工作，都可與高達13. 8kV的 交流網(wǎng)絡(luò)兼容。因此，使用電壓電平匹配變壓器（傳統(tǒng)使用的解決方案）不是強制的。
[0147] 無論異步或同步電機組是新的還是現(xiàn)有的，都可以使用作為本發(fā)明的主題的DC/ AC逆變器，以對異步或同步電機組供電。
[0148] 作為本發(fā)明的主題的轉(zhuǎn)換器通過采用NPC和浮動電容器類型的電池以及電容電 池而具有模塊化結(jié)構(gòu)。由此可知，維護費用減少并且可靠性良好。
[0149] 負載的供電波形具有良好質(zhì)量，并且電流源側(cè)過壓受限并且僅僅與鏈接線纜相 關(guān)。
[0150] 公共DC總線可以用于對作為本發(fā)明的主題的幾個轉(zhuǎn)換器供電。
[0151] 作為本發(fā)明的主題的轉(zhuǎn)換器的另一優(yōu)點是，其不像在高壓能源網(wǎng)絡(luò)中的傳輸中使 用的MMC(模塊化多電平轉(zhuǎn)換器）拓撲的轉(zhuǎn)換器的情況那樣具有低頻工作限值。
【主權(quán)項】
1. 多電平轉(zhuǎn)換器，包括一個或多個臂（B)，所述臂各自配置為連接在電壓源（VDC)與電 流源⑴之間， 其中，所述臂或每個臂包括級聯(lián)連接的兩級（E1、E2)，第一級（Etl)用于連接至所述電 壓源（VDC)，第二級（Et2)用于連接至所述電流源（I)， 其中，所述第一級（Etl)包括級聯(lián)連接的等級為1至n(n大于1)的n個基本級 (E11、…、Eln)，等級為1的基本級（Ell)連接至第二級（Et2)，等級為n的基本級（Eln)用 于連接至所述電壓源（VDC)，其特征在于： 每個基本級（ElUEln)包括串聯(lián)連接的一對相同的NPC類型電池（Cell、Cel2;Cenl、 Cen2)，所述連接在等級為1的基本級（El)中是直接的，對于等級為n(n大于1)的每個基 本級，經(jīng)由n-1個電容電池（Can(l)、Can(n-l))進行所述連接，所述第二級（Et2)包括浮動 電容器類型的電池（CelO)。2. 如權(quán)利要求1所述的多電平轉(zhuǎn)換器，其中電容電池（Ca2(l))包括串聯(lián)布置的兩個儲 能器件（C3、C4)，這些儲能器件具有同一個儲能量。3. 如權(quán)利要求2所述的多電平轉(zhuǎn)換器，其中，在基本級中，NPC類型電池（Ce21、Ce22) 包括具有兩個儲能器件（C1、C2;C5、C6)的電容橋，其中所述兩個儲能器件具有同一個儲能 量，并且其中，此基本級的電容電池的每個儲能器件具有與NPC類型電池的儲能器件之一 同一個儲能量。4. 如權(quán)利要求3所述的多電平轉(zhuǎn)換器，其中所述第一級（Etl)的所有儲能器件 (Cl-ClO)具有同一個儲能量。5. 如權(quán)利要求1至4中的一項所述的多電平轉(zhuǎn)換器，其中經(jīng)由電感（Lauxll)，將基 本級（E12)的至少一個NPC類型電池（Ce21)連接至相鄰基本級（Ell)的NPC類型電池 (Cell)〇6. 如權(quán)利要求1至5中的一項所述的多電平轉(zhuǎn)換器，其中NPC類型電池包括串聯(lián)布置 的一組四個基本開關(guān)（K11、K12、K21、K22)，其中兩個在末端位置并且其中兩個在中間位置， 其中不直接鏈接的在所述末端位置的基本開關(guān)（K11、K22)和在所述中間位置的基本開關(guān) (K21、K12)總是處于互補狀態(tài)，其中一個被啟用并且另一個被禁用，這兩個基本開關(guān)（K11、 K21 ;K12、K22)形成基本開關(guān)單元。7. 如權(quán)利要求6所述的多電平轉(zhuǎn)換器，其中每個NPC類型電池（Ce21、Ce22)擁有將在 所述電池的輸入施加的電壓與在所述電池的輸出出現(xiàn)的電壓相關(guān)的轉(zhuǎn)換函數(shù)，并且所述電 池的兩個基本開關(guān)單元也擁有轉(zhuǎn)換函數(shù)。8. 如權(quán)利要求7所述的多電平轉(zhuǎn)換器，其中同一個基本級（Ell)的NPC類型的電池 (Ce21、Ce22)具有同一個轉(zhuǎn)換函數(shù)。9. 如權(quán)利要求1至8中的一項所述的多電平轉(zhuǎn)換器，其中浮動電容器類型的開關(guān)單元 包括串聯(lián)布置的一組四個基本開關(guān)（K110、K120、K210、K220)，其中兩個在所述末端位置，其 中兩個在所述中間位置，并且其中，在所述末端位置的兩個基本開關(guān)（K110、K220)總是處 于互補狀態(tài)，并且在所述中間位置的兩個基本開關(guān)（K120、K210)總是處于互補狀態(tài)，其中 一個被啟用，另一個被禁用。10. 如權(quán)利要求6至9中的一項所述的多電平轉(zhuǎn)換器，其中在同一個基本級的兩個NPC 類型的電池（Ce21、Ce22)中，以相同方式控制相似的基本開關(guān)（T6u、T6I)。11. 如權(quán)利要求6至10中的一項所述的多電平轉(zhuǎn)換器，其中所述基本開關(guān)（K11、K12) 各自包括與反向并聯(lián)連接的二極管（D11、D12)關(guān)聯(lián)的可控電子電源開關(guān)（T11、T12)。12. 如權(quán)利要求2至11中的一項所述的多電平轉(zhuǎn)換器，其中從電容器、電池和燃料電池 之中選擇儲能器件（C1-C10、Cf)。13. 變速驅(qū)動裝置，包括具有作為AC/DC整流器工作的如在前權(quán)利要求中的一項所述 的轉(zhuǎn)換器（1)和作為DC/AC逆變器工作的如在前權(quán)利要求中的一項所述的轉(zhuǎn)換器（2)的級 聯(lián)，所述兩個轉(zhuǎn)換器在它們兩端通過電壓源（3)而連續(xù)鏈接在一起。
【專利摘要】多電平轉(zhuǎn)換器，包括一個或多個臂(B)，所述臂各自連接在電壓源(VDC)與電流源(I)之間。每個臂包括級聯(lián)的兩級(E1、E2)，第一級要連接至電壓源(VDC)，第二級要連接至電流源(I)。第一級(Et1)包括級聯(lián)的等級為1至n的若干基本級(E1n、…、E12、E11)，等級為1的基本級(E11)連接至第二級(Et2)，等級為n的基本級(E1n)必須連接至電壓源(VDC)。每個基本級(E1n)包括串聯(lián)的一對相同的NPC類型電池(Cen1、Cen2)，所述連接在等級為1的基本級中是直接的，對于等級大于1的每個基本級，經(jīng)由n-1個電容電池(Can(1)、…、Can(n-1))進行所述連接，第二級(Et2)包括浮動電容器電池(Ce10)。
【IPC分類】H02M7/483
【公開號】CN104980054
【申請?zhí)枴緾N201510151699
【發(fā)明人】J-P.拉維維萊
【申請人】施耐德東芝換流器歐洲公司
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年4月1日
【公告號】EP2937985A2, US20150288284