[发明专利]低损耗模块化多电平转换器

说明书

本发明涉及包括串联连接的多个可控制双极子模块的转换器。上述子模块中的至少一些各自包括第一和第二子模块连接、第一、第二、第三和第四可控制开关、和双极存储器，双极存储器包括第一和第二双极连接、能量存储件和可控制开关器件，其中可控制开关器件具有第一可选开关状态和第二可选开关状态，在第一可选开关状态中，不管第一和第二双极存储器连接之间施加的电压如何，双极存储器不输出能量，在第二可选开关状态中，双极存储器的存储件能够吸收或释放能量。子模块作为整体具有可选的传导状态，在可选的传导状态中，双极存储器的可控制开关器件呈现上述的第一开关状态，并且第一至第四开关被切换使得电流在两个并联支路上流经子模块。

技术领域

本发明涉及用于转换电能的转换器的领域。具体地，本发明涉及包括串联连接的多个可控制双极子模块的转换器、相关联的子模块和用于控制这种转换器的方法。

背景技术

即使对于大功率电平而言，通过合适的电力电子转换器来实现电能的低损耗转换的重要性日益增加。重要的应用领域包括高压直流传输(HVDC)和具有电子速度/扭矩控制的大规模驱动。在电路方面，由于高度合适的可转换功率半导体开关的发展，最广泛地投入使用的是在(英文)文献中被称为电压电源转换器的V转换器。

在DE 1010 3031 A1中公开了特别有益的变型，并定名为模块化多电平转换器。图1示出了从DE 10 2009 057 288 A1获得的现有技术的模块化多电平转换器1的结构。该转换器1具有在桥接电路中彼此连接的功率半导体阀2或支路。每个功率半导体阀2在交流电压连接L₁、L₂、L₃和直流电压连接3₁、3₂、3₃或4₁、4₂、4₃之间延伸。直流电压连接3₁、3₂、3₃可经由正极连接5连接到直流电压网络(未示出)的正极，并经由负极连接6连接到直流电压网络(未示出)的负极。

交流电压连接L₁、L₂、L₃在不同情况下连接到变压器的次级线圈，变压器的初级线圈连接到交流电压网络(也未示出)。对于交流电压网络的每个相位，提供了交流电压连接L₁、L₂、L₃。在指定的现有技术中，转换器1是高压直流传输系统的一部分，并且用于连接交流电压网络，以便在高压直流传输系统和交流电压网络之间传输高的电功率电平。这样的转换器1还可以是所谓FACTS系统的一部分，FACTS系统用于网络稳定化或用于确保期望的电压质量、或可以在驱动技术中使用。单独的子模块7中的开关可以通过控制器件60进行控制。为了清楚起见，控制单元60和单独的子模块之间的控制线未在图1中示出。

从图1中还可以看出，多电平转换器1由子模块7以严格地模块化的方式构成，子模块7基本上具有连通外部的两个电源接头或接口。这样的子模块7的内部电路的不同的变型在现有技术中是已知的。最简单的电路变型是由上述专利文献DE 1010 3031 A1已知的所谓的半电桥子模块，并在图2中示出。这样的半电桥子模块对于给定功率和类半导体消耗具有最小的功率损耗。大功率范围中的功率损耗的最小化在经济和技术方面具有重大意义。

如图3至图5所示的不同的开关状态中，全电桥子模块也可以在模块化多电平转换器中使用以代替半电桥模块。在图3至图5中可以看出，全电桥子模块包括四个半导体开关10、30、10a和30a，每个半导体开关具有并联连接到半导体开关的反向续流二极管。开关10和30形成第一半电桥，且开关10a和30a形成第二半电桥。每个全电桥子模块分别具有第一端子X₁和第二端子X₂。术语“端子”旨在表示纯粹的功能性意义，并不意味着子模块实际上必然包括可移除的连接或夹具。这意味着即使多个模块永久地连接，本公开中的独立模块的输入和/或输出也可称为“端子”。全电桥子模块还包括作为能量存储器件的电容器。