[发明专利]功率变换系统

说明书

一种功率变换系统，包括有效串联连接到第二变换器的第一变换器。每个变换器具有多个输出电平。移相变压器耦合到变换器。移相变压器具有三角形缠绕的绕组和开放星形绕组。第一变换器耦合到开放星形绕组，并且第二变换器耦合到Δ形绕组。开放星形绕组配置用于到负载或者第二移相变压器的开放星形绕组的直接连接。一个或多个直流电压源每个通过各自的直流链路电容器连接到第一和第二变换器。每个直流电压源通过隔离的多相变压器绕组连接到公共电网。

技术领域

本公开的主题一般涉及功率变换系统及其使用。本发明的主题具体涉及功率变换器、以及用于在电网和负载之间连接高频高压、变压器串联连接的变换器的方法和系统。

背景技术

多电平逆变器现在已经成为中压和高压应用中的经验证的技术。它们具有以改进的电压质量产生高电压、高功率容量的优点。多电平逆变器还消除有问题的开关器件的串-并连接的使用。

功率半导体技术的最近进步导致快速开关器件（诸如IGBT和MOSFET）的发展。这样的技术已经使得能够在功率逆变器中利用高频开关调制技术，来减少输出电压中的谐波含量（content）。在几乎所有的逆变器拓扑中，提高开关频率以减低滤波要求。然而，提高的开关频率不利地提高了开关损耗，因此减低了系统效率。因为在三电平逆变器中存在12个开关器件，所以开关损耗问题变得甚至更显著。因此，逆变器随着逆变器电平的数量的增多而遭受更大的损耗。

鉴于以上，存在功率变换系统（特别地，包括高频-高压逆变器/变换器的那些）的额外改进的需要，该系统和方法降低与高脉冲波调制逆变器频率相关联的损耗。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供一种功率变换系统，包括：（a）n个变换器，n个变换器的每个具有变换器输出电压，n是整数；（b）n-1个移相变压器，包括开放星形绕组和Δ形绕组，n-1个移相变压器的每个具有变压器电输出，n-1个移相变压器具有组合电输出；其中n个变换器的第一个直接连接到n-1个移相变压器的第一个的开放星形绕组，并且n个变换器的第二个直接连接到n-1个移相变压器的第一个的Δ形绕组，并且其中n-1个移相变压器的第i个移相变压器的变压器电输出经由直接电连接从第i个移相变压器的开放星形绕组指引到n-1个移相变压器的第i+1个移相变压器的开放星形绕组，第i+1个移相变压器的Δ形绕组直接连接到n个变换器的第i+2个变换器，i是包括在1到n-1的范围内的整数，并且其中n-1个移相变压器的组合电输出配置用于通过第n-1个移相变压器的开放星形绕组直接连接到负载；（c）控制器，配置用于操作一个或多个变换器的多个开关，从而调制一个或多个变换器的输出电压，使得输出电压的基波是加成的，使得并且在n-1个移相变压器的组合电输出中消除或减少输出电压的调制产生的一个或多个谐波阶次；以及（d）一个或多个直流电压源，配置为向n个变换器供电直流。

在可替代实施例中，本发明提供一种功率变换系统，包括：（a）第一变换器和第二变换器，每个变换器在操作期间具有输出电压；（b）移相变压器，包括Δ形绕组和开放星形绕组，移相变压器在操作期间具有组合电输出；其中第一变换器直接连接到移相变压器的开放星形绕组，并且第二变换器连接到移相变压器的Δ形绕组，并且其中移相变压器的组合电输出配置用于通过移相变压器的开放星形绕组直接连接到负载；（c）控制器，配置为操作一个或多个变换器的多个开关，从而调制一个或多个变换器的输出电压，使得变换器的输出电压的基波是加成的，并且使得在移相变压器的组合电输出中消除或减少输出电压的调制产生的一个或多个谐波阶次；以及（d）一个或多个直流电压源，配置为向变换器供电直流。

参考以下描述和权利要求，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入并组成本说明书的一部分的附图图示了本发明的实施例，并且与描述一起用于说明本发明的原理。

附图说明

从以下结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其他特征、方面和优点是显然的，附图中遍及图中的同样的符号表示同样的部分，其中：