[发明专利]多电平转换器

说明书

技术领域

本发明涉及用于执行DC到AC或者AC到DC电压转换的多电平转换器。

背景技术

多电平转换器最近被采用用于在DC（直流）电压和AC（交流）电压之间转换。这样的转换器提供不同的电压电平，例如可以通过所述电压电平合成AC电压。转换器在AC电压的生成中可以进一步使用脉宽调制（PWM）技术。在AC输出处的不同电压电平的使用进一步减少针对PWM的需要的切换频率。类似地，这样的转换器可以被用于从AC电压输入生成DC电压。

模块化多电平转换器（MMC）是近代提出的有希望的多电平转换器拓扑。这样的转换器具有模块化结构，其为容错应用提供冗余单元和容易的可伸缩性。MMC可以包括串联的多个转换器单元。每个单元可以具有两个开关和电容器。当开关中的一个接通时，旁路电容器并且转换器单元的输出电压是零。当另一个开关接通时，在输出处获得电容器电压。对于串联连接的许多单元，可以使转换器的输出电压相对平滑并且不需要或者需要非常少的滤波来改进输出电压质量。

在这样的拓扑中，为生成具有期望的峰到峰幅度的输出AC电压，每个转换器臂需要能够生成具有大于AC峰到峰幅度的量值的电压。需要相应地额定（rate）转换器的电气和电子部件。额定较高的部件常常较昂贵并且更难生产。

发明内容

因而，存在针对改进的多电平转换器，特别是针对能够以具有减少的额定电压的部件操作的多电平转换器的需要。

通过独立权利要求的特征来满足该需要。从属权利要求描述了本发明的实施例。

根据本发明的实施例，提供了一种用于执行DC到AC或AC到DC电压转换的多电平转换器。多电平转换器包括第一DC端子、第一转换器臂和第二转换器臂，每个转换器臂包括至少一个转换器单元、以及至少一个AC端子。多电平转换器进一步包括电部件，其中第一转换器臂、电部件和第二转换器臂在第一DC端子和第二DC端子之间串联连接。电部件连接在第一转换器臂和第二转换器臂之间。AC端子电耦合到电部件使得可以将跨电部件施加的电压变换到在AC端子上的输出电压，或者使得可以将供应到AC端子的电压变换到跨电部件施加的电压。

因为例如在执行DC到AC转换时拾取跨电部件的差分电压，所以仅需要每个转换器臂产生与常规多电平转换器相比较低的电压。作为示例，可能需要跨电部件提供 +/- 半峰到峰AC电压的最大值，用于生成具有全峰到峰幅度的输出AC电压。因此，在每个转换器臂中，可以使用具有较低额定电压的部件。

在实施例中，电部件可以包括串联连接在第一转换器臂和第二转换器臂之间的电感器。

在实施例中，多电平转换器是具有用于每相的AC端子的至少三相转换器。第一转换器臂、电部件和第二转换器臂是转换器支线（converter leg）的一部分。多电平转换器可以包括用于每相的这样的转换器支线（即其可以包括用于三相的三个转换器支线），其中用于每相的AC端子电耦合到各个转换器支线的电部件。在这样的配置中，多电平转换器可以将DC电压转换到三相或更多相的AC电压，并且可以将三相或更多相的AC电压转换到DC电压。

在实施例中，电部件是具有第一变压器绕组和第二变压器绕组的变压器，第一变压器绕组与第一转换器臂和第二转换器臂串联连接，第二变压器绕组连接到AC端子。第一变压器绕组可以电感地耦合到第二变压器绕组。第一和第二变压器绕组可以例如具有耦合的磁通量。变压器提供简单配置，在所述简单配置中，可以在AC端子处提供跨第一变压器绕组的电压。变压器可以进一步用于增加或减少生成的AC电压的电压幅度。

每个变压器的第二绕组可以具有两个端子。每个第二绕组的一个端子可以连接到各个AC端子。另一个端子可以连接到剩余的变压器的第二绕组的相应的其他端子。在三相多电平转换器中，三个变压器的第二绕组的其他端子可以因此以星形配置连接。

在实施例中，单个电感器可以与第一转换器臂和第二转换器臂串联连接。可以由变压器的第一绕组提供电感。因而，借助于变压器的第一绕组，可以限制在转换器支线中的循环电流（circulating current）。

在第一变压器绕组上的电压和在第二变压器绕组上的电压之间的比可以是大约1：1。特别地，第一变压器绕组和第二变压器绕组的绕组比可以是大约1：1。