并聯(lián)模塊化多級轉(zhuǎn)換器和保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電功率轉(zhuǎn)換的領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)換器組件，其用于將第一 AC或DC電流轉(zhuǎn)換成不同的頻率和/或不同的電壓的第二AC或DC電流。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了從電網(wǎng)驅(qū)動電負(fù)載，諸如電動馬達(dá)，電轉(zhuǎn)換器可將來自電網(wǎng)的可能的多相電 流轉(zhuǎn)換成要供應(yīng)至負(fù)載的可能的多相電流。
[0003] 這種電轉(zhuǎn)換器還用于將功率源產(chǎn)生的電能供應(yīng)到電網(wǎng)。例如，水電功率裝置或風(fēng) 力渦輪的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的可變頻率的電流可轉(zhuǎn)換成固定頻率的電流，以供應(yīng)至電網(wǎng)。
[0004] 此外可行的是用電轉(zhuǎn)換器互連兩個電網(wǎng)。在這個情況下，功率流可在兩個方向上。
[0005] 模塊化多級轉(zhuǎn)換器為特殊類型的電轉(zhuǎn)換器，其可特別適于轉(zhuǎn)換高能量和高電壓的 電流。這種轉(zhuǎn)換器具有模塊化設(shè)計，并且包括串聯(lián)連接的轉(zhuǎn)換器基元。各個轉(zhuǎn)換器基元通常 具有兩個或四個半導(dǎo)體開關(guān)和基元電容器。存儲在轉(zhuǎn)換器中的功率不存儲在非常小量的DC 鏈路電容器中，而是在基元電容器中，與其它類型的轉(zhuǎn)換器相比，基元電容器還僅經(jīng)歷更小 的電壓。
[0006] 為了轉(zhuǎn)換具有高電壓的甚至更高電流，可行的是并聯(lián)連接模塊化多級轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn) 換器級上的并聯(lián)可為有益的，因為與裝置并聯(lián)和基元級并聯(lián)相比，沒有或幾乎沒有電壓/電 流降級，因為與基元和分支級并聯(lián)相比，集中式感應(yīng)器損耗可低于分布式感應(yīng)器損耗，并且 與分支級并聯(lián)相比，更多的正弦感應(yīng)器電壓/電流通常導(dǎo)致較少的損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 但是，在并聯(lián)連接的兩個或更多個模塊化多級轉(zhuǎn)換器的情況下，可出現(xiàn)環(huán)電流，其 在轉(zhuǎn)換器之間流動，并且可導(dǎo)致更高的損耗，因為功率半導(dǎo)體開關(guān)還必須開關(guān)不在轉(zhuǎn)換器 的兩側(cè)之間傳輸能量的電流。此外，環(huán)電流可使包括并聯(lián)連接的轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器組件的控 制復(fù)雜化。
[0008] 本發(fā)明的目標(biāo)為提供具有低損耗且容易控制轉(zhuǎn)換器組件的電功率轉(zhuǎn)化。
[0009] 這個目標(biāo)通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題來實現(xiàn)。另外的示例性實施例根據(jù)從屬權(quán)利要 求和以下描述是顯而易見的。
[0010] 本發(fā)明的一方面涉及一種轉(zhuǎn)換器組件，包括并聯(lián)連接的模塊化多級轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換 器組件可適于將AC電流轉(zhuǎn)換成AC電流，將DC電流轉(zhuǎn)換成AC電流，或?qū)C電流轉(zhuǎn)換成DC電流。 兩個電流可為單相或多相的。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，轉(zhuǎn)換器組件包括至少第一和第二模塊化多級轉(zhuǎn)換器;其中 至少第一和第二模塊化多級轉(zhuǎn)換器中的各個包括至少兩個轉(zhuǎn)換器分支;其中各個轉(zhuǎn)換器分 支包括多個串聯(lián)連接的轉(zhuǎn)換器基元，各個轉(zhuǎn)換器基元包括基元電容器和用于將基元電容器 連接到轉(zhuǎn)換器分支的半導(dǎo)體開關(guān);其中第一模塊化多級轉(zhuǎn)換器的至少兩個轉(zhuǎn)換器分支通過 第一分支連接點(diǎn)連接，并且第二模塊化多級轉(zhuǎn)換器的至少兩個轉(zhuǎn)換器分支通過第二分支連 接點(diǎn)連接;其中至少第一和第二多級轉(zhuǎn)換器通過用于將轉(zhuǎn)換器組件連接到負(fù)載或功率源的 相連接點(diǎn)并聯(lián)連接，其中相連接點(diǎn)通過第一電感與第一分支連接點(diǎn)連接且通過第二電感與 第二分支連接點(diǎn)連接。
[0012] 換句話說，轉(zhuǎn)換器組件包括在公共相連接點(diǎn)和分支連接點(diǎn)之間的電感，公共相連 接點(diǎn)可看作轉(zhuǎn)換器組件的輸入或輸出，分支連接點(diǎn)可看作并聯(lián)連接的模塊化多級轉(zhuǎn)換器的 輸入或輸出。這些(第一和第二)電感適于抑制和/或控制第一和第二轉(zhuǎn)換器之間的環(huán)電流。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一和第二模塊化多級轉(zhuǎn)換器中的各個針對至少兩個相包 括轉(zhuǎn)換器分支，并且各個相的轉(zhuǎn)換器分支通過各個相的電感與各個相的相連接點(diǎn)連接，或 第一和第二模塊化多級轉(zhuǎn)換器（12a，12b)的成對的兩個轉(zhuǎn)換器分支共用一個或多個電感。 在該情況下，其中轉(zhuǎn)換器(在相應(yīng)的輸入或輸出側(cè)處)包括超過一個相(通常三個相），第一 轉(zhuǎn)換器的各個相應(yīng)的相可通過各個相的相連接點(diǎn)與第二轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)的相連接。各個相的 單獨(dú)的電感布置在相連接點(diǎn)和分支連接點(diǎn)之間。要注意，這些電感可不彼此聯(lián)接(例如通過 公共芯體）。但是，它們聯(lián)接也可為可行的。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，至少第一和第二模塊化多級轉(zhuǎn)換器中的各個的至少兩個轉(zhuǎn) 換器分支中的各個通過分支電感與相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器分支連接點(diǎn)連接。分支電感可用于抑制 和/或控制相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器分支之間的環(huán)電流。例如，間接轉(zhuǎn)換器的各個相的兩個分 支可通過兩個電感彼此連接，兩個電感共用公共芯體。還可行的是，直接轉(zhuǎn)換器的相的轉(zhuǎn)換 器分支通過星形連接的電感連接。
[0015] 總體而言，可為可行的是，在轉(zhuǎn)換器組件的一側(cè)處，負(fù)載或功率源通過第一電感連 接，以抑制和/或控制并聯(lián)轉(zhuǎn)換器之間的環(huán)電流，并且通過第二電感連接，以抑制和/或控制 轉(zhuǎn)換器分支與模塊化多級轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器分支之間的環(huán)電流。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，至少第一和第二模塊化多級轉(zhuǎn)換器包括子轉(zhuǎn)換器，以將AC 電流轉(zhuǎn)換成DC電流。例如，轉(zhuǎn)換器中的一個或兩者可為間接轉(zhuǎn)換器，并且可包括第一模塊化 多級子轉(zhuǎn)換器作為有源整流器，第一模塊化多級子轉(zhuǎn)換器通過DC鏈路與第二模塊化多級子 轉(zhuǎn)換器連接，以將DC鏈路電壓轉(zhuǎn)換成AC輸出電流。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，至少第一和第二模塊化多級轉(zhuǎn)換器中的各個為間接轉(zhuǎn)換 器，其包括通過DC鏈路與逆變器連接的有源整流器。
[0018] 大體上，這種模塊化多相轉(zhuǎn)換器適于將AC電流轉(zhuǎn)換成DC電流和/或反之亦然，包括 兩個轉(zhuǎn)換器分支，轉(zhuǎn)換器分支串聯(lián)連接在各個相的兩個DC輸出之間，并且針對各個相在它 們之間提供分支連接點(diǎn)。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一模塊化多級轉(zhuǎn)換器包括第一DC鏈路，并且第二模塊化 多級轉(zhuǎn)換器包括第二DC鏈路，其在電流方面(gal vani cal ly)與第一 DC鏈路分開。換句話說， 并聯(lián)連接的間接轉(zhuǎn)換器可包括分開的DC鏈路。要注意，模塊化多級轉(zhuǎn)換器的DC鏈路通常不 具有DC鏈路電容器。DC鏈路僅可包括有源整流器的兩個DC輸出，其與逆變器的兩個DC輸入 連接。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，至少第一和第二模塊化多級轉(zhuǎn)換器包括公共DC鏈路。還可 行的是，第一整流器的兩個DC輸出與第二整流器的兩個DC輸出連接，第二整流器的兩個DC 輸出與第一逆變器的兩個DC輸入和第二逆變器的兩個DC輸入連接。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一和第二模塊化多級轉(zhuǎn)換器為直接轉(zhuǎn)換器。但是，還可行 的為，第一轉(zhuǎn)換器為間接轉(zhuǎn)換器而第二轉(zhuǎn)換器為直接轉(zhuǎn)換器。在直接模塊化多級轉(zhuǎn)換器中， 轉(zhuǎn)換器的第一 AC側(cè)的各個相的各個分支連接點(diǎn)通過轉(zhuǎn)換器分支與轉(zhuǎn)換器的第二AC側(cè)的各 個相的分支連接點(diǎn)連接。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，轉(zhuǎn)換器組件包括變壓器，并且至少第一和第二模塊化多級 轉(zhuǎn)換器通過變壓器側(cè)相連接點(diǎn)與變壓器連接，使得至少第一和第二模塊化多級轉(zhuǎn)換器在電 流方面連接。換句話說，兩個轉(zhuǎn)換器可連接到變壓器的同一二級繞組。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，變壓器側(cè)相連接點(diǎn)通過第一變壓器側(cè)電感與第一變壓器側(cè) 分支連接點(diǎn)連接且通過第二變壓器側(cè)電感與第二變壓器側(cè)分支連接點(diǎn)連接。轉(zhuǎn)換器組件的 變壓器側(cè)的環(huán)電流可通過連接在變壓器和并聯(lián)轉(zhuǎn)換器之間的電感抑制。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，至少第一和第二模塊化多級轉(zhuǎn)換器在電流方面通過負(fù)載側(cè) 相連接點(diǎn)連接到負(fù)載或功率源。負(fù)載側(cè)相連接點(diǎn)通過第一負(fù)載側(cè)電感與第一負(fù)載側(cè)分支連 接點(diǎn)連接且通過第二負(fù)載側(cè)電感與第二負(fù)載側(cè)分支連接點(diǎn)連接。在另一側(cè)（與變壓器相 反），負(fù)載或功率源還可通過電感與并聯(lián)轉(zhuǎn)換器連接，以抑制和/或控制轉(zhuǎn)換器組件的這個 側(cè)的環(huán)電流。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，至少第一和第二模塊化多級轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換器組件的一個側(cè) 在電流方面分開，例如在變壓器側(cè)。在電流分開的情況下，環(huán)電流不可行，并且對應(yīng)的電感 可能不必要。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一模塊化多級轉(zhuǎn)換器通過第一變壓器連接到相連接點(diǎn)， 并且第二模塊化多級轉(zhuǎn)換器通過第二變壓器連接到相連接點(diǎn)。電流分開可利用并聯(lián)連接的 兩個變壓器實現(xiàn)。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一模塊化多級轉(zhuǎn)換器連接到變壓器的第一二級繞組