[发明专利]用于模块化多电平电力转换器的按需备用电力单元

说明书

对相关申请的引用

本申请要求2016年9月26日提交的美国临时申请第62/399,560号的优先权和权益，该美国临时申请的主题通过引用全部并入本文。

技术领域

本文公开的主题涉及模块化多电平电力转换系统。

背景技术

电力转换系统将输入电能从一种形式转换成另一种形式以驱动负载。一种形式的电力转换系统是用于电动机负载的变速工作的电机驱动装置。多电平转换器有时用于高电压电机驱动应用，高电压电机驱动应用包括：飞跨电容器设计、中性点钳位(NPC)设计、级联NPC(CNPC)设计、级联H桥(CHB)设计及其他级联和混合拓扑。模块化多电平转换器提供单相或者多相输出以使用模块驱动负载，其中，模块有时被称为单元或级，彼此串联连接在公共连接点(例如，中性连接)与驱动负载之间。在三相示例中，三相腿电路每个包括两个或更多个逆变器模块，逆变器模块的输出彼此串联连接在中性点与驱动电机相之间。在每个相腿电路中，单个级可以在任意给定时间提供两个或更多个输出电压电平中的一个，并且多个级的串联连接提供用于相应的相负载的输出电压。此外，单个级提供逆变器式工作以使用内部开关生成两个或更多个输出电压电平中的一个。

因为逆变器级串联连接，所以级中的一个中的失灵或故障可以造成提供给驱动负载的输出电力的中断。因此，旁路电路系统通常包括在单个级中或者设置在外部，以选择性地将有故障的逆变器级的输出短路。这使得相应的相腿电路中的剩余的级继续将输出电力传送至负载。在这样的情况下，期望提供冗余以用备份或备用逆变器级临时替代有故障的逆变器级。通常，对于需要连接在每个相腿电路中的整数N个逆变器级以适应特定的输出电压需求的多相多电平转换器，n+1冗余防止单个逆变器级的故障。这是通过在每个相腿电路中添加额外的逆变器级并且以相应地减小的调制指数操作N+1个串联连接的级来完成。该所谓的“热冗余”可以提供对故障逆变器级的自动旁路以及剩余逆变器模块的调制指数的相应增加以使系统的操作继续，直到可以适应故障的逆变器级的人工替换为止。类似地，n+2冗余通过向每个相腿电路添加两个额外的逆变器级来为两个逆变器级同时发生故障的情况做准备。然而，这些方法需要为每个相添加一个或两个额外的逆变器级(例如，用于三相系统中的n+1冗余的三个额外的逆变器级)。这增加了最终的电力转换系统的成本、重量和尺寸。

另一方法包括储备备用或备份的逆变器级并且人工替换有故障的逆变器级。然而，该所谓的“冷冗余”方法引起系统的停机时间。此外，由于用在逆变器级中的铝电容器中的铝氧化物层的退化，储备的备份逆变器级的电容随时间退化。该铝氧化物退化因给定的逆变器级的不使用而造成，并且可以采取步骤以通过对级电容器施加电压来恢复或改良铝氧化物材料。然而，这样的额外的步骤需要时间和设备来保证备份逆变器级在被需要时为工作做好了准备。

发明内容

所公开的示例包括为多相多电平逆变器提供旁路冗余的装置和方法。多相多电平逆变器包括备用逆变器级和开关电路。开关电路将备用逆变器级连接在具有被旁路的级的逆变器相第一节点中所选的一个与公共连接节点之间，并且将剩余的逆变器相第一节点与公共连接节点连接。

附图说明

图1至图7是示意图。

图8是流程图。

具体实施方式

所公开的示例有利地提供了非需备用逆变器级可用性，其可以是自动化的以将备用逆变器级选择性地连接在另一逆变器级已经被旁路的相腿电路中。并非在三相系统的每个相腿中提供三个额外的逆变器级，本公开技术可以使用单个备用逆变器级和相关联的开关电路来提供n+1热冗余，其中冗余的逆变器级可以选择性地连接至任何相。类似地，可以设置两个备用逆变器级及相关联的开关电路来实现n+2热冗余。此外，所公开的装置和技术可以与包括但不限于CHB、CNPC级的任何类型或形式的逆变器模块化级联合使用，并且可以与外部或内部单元旁路配置一起使用。