用于AC系统的转换器技术方案

本公开涉及用于AC系统的转换器装置(1)。转换器装置包括：相臂，包括第一子转换器(2a)、第二子转换器(2b)以及配置用于将第一和第二子转换器与相线A连接的IPT接口(3)；以及连接到第一和第二子转换器的至少一个DC母线(5)。第一子转换器与第二子转换器并联连接在DC母线和IPT接口之间。第一和第二子转换器中的每一个包括：连接到IPT接口并且包括彼此串联连接的多个转换器单元(8)的链式链节转换器(6)、以及连接到DC母线并且与链式链节转换器串联连接的公共DC链路多电平转换器(7)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及用于AC系统的转换器装置。转换器装置包括公共DC母线以及用于连接到AC相线的相位间变压器(IPT)接口。
技术介绍
多电平转换器在许多高功率应用中被发现，其中在该系统中存在中到高电压电平。由于其设计，多电平转换器共享系统电压(线间电压或相电压)，消除了对器件的串联连接的需要。这些转换器可以以各种公知的拓扑以三角或Y型连接。这些拓扑(及其变形)可以用于高压直流(HVDC)和灵活交流传输系统(FACTS)应用。由于模块化多电平转换器(也称为链式链节变换器)的高效率、模块化和可扩展性及其产生具有低谐波量的电压波形的能力(这有效地减少了对大的交流(AC)滤波器的需要)，而经常使用模块化多电平转换器(也称为链式链节变换器)。若干模块化多电平转换器拓扑存在，例如M2LC(也称为MMLC和MMC)，特别是在灵活交流传输系统(FACTS)应用、高电压直流(HVDC)应用中，而且在电机驱动器中等。在转换器的各种替代方案之间的选择中的两个主要参数是成本和损耗。两个参数与在转换器中使用的硅的总面积相关，这受到电压和电流额定值的影响。除了转换器的稳态均衡操作，设计者必须考虑到在三相系统中的不平衡。这种不平衡产生了需要通过转换器补偿的负序电流和电压。净效应是指由于需要被注入零序电流或电压以补偿不平衡状况，阀的电流额定值(或单元的总数)将增加。这种较高数目的单元的导致较高的成本和较高的损耗。与负序状况相关联的较高的成本和较高的损耗的问题可以通过针对FACTS应用将一定程度的并联化包括在多电平转换器配置中来减轻。并联连接的子转换器提供促进在转换器中的相位间的能量交换的公共存储元件。这减少了转换器中的总存储能量，并且避免由于零序电压或电流而导致的过额定。电气和电子工程师协会(IEEE)的Javier Chivite-Zabalza等人的文章“A large power,low-switching frequency Voltage Source Converter for FACTS application”公开具有并联3电平(3-L)中性点钳位(NPC)逆变器的转换器。该转换器组合共享公共直流(DC)母线的四个三相3-L NPC逆变器。12个得到的转换器极通过相位间变压器(IPT，有时也被称为单元间变压器ICT)组合在并联对中，以获得两组三相系统。该拓扑的问题是需要中间变压器获得所需要的电压，并且中间变压器对转换器装置增加了明显的成本，特别是在连接电压通常低得足以避免变压器连接的工业应用中。该拓扑的另一缺点是，其需要级联中间变压器的串联连接，以进一步增加输出电压。
技术实现思路
本专利技术的目的是以降低的成本提供改进的转换器拓扑。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于AC系统的转换器装置。该转换器装置包括至少一个相臂，该相臂包括：第一子转换器(2a)、第二子转换器、配置用于将第一和第二子转换器与AC系统的相线连接的IPT接口、以及连接到第一和第二子转换器的至少一个DC母线。第一子转换器与第二子转换器并联连接在至少一个DC母线和IPT接口之间。第一和第二子转换器中的每一个包括：链式链节转换器，其被连接到IPT接口并且包括彼此串联连接的多个转换器单元，以及连接到至少一个DC母线并且与链式链节转换器串联连接的公共DC链路多电平转换器。通过使用多个并联子转换器，其中的每一个包括多个模块化转换器单元，例如与仅使用NPC逆变器相比，对IPT的输出电压可以增加，而通过单元开关的电流可以保持下降。另外，经由IPT接口连接子转换器允许具有公共DC链路的相臂之间的电流共享，并且允许叠加每个子转换器的电压波形并且因此组合每个子转换器的谐波性能以实现较高的有效开关频。通常，权利要求中使用的所有术语将根据其在本
中的普通含义来解释，除非本文另有明确定义。对“一/该元件、装置、组件、手段、步骤等”的所有引用都将被开放地解释为指元件、装置、组件、手段、步骤等中的至少一个实例，除非明确说明。本文所公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序来执行，除非明确声明。对于本公开的不同特征/组件使用“第一”、“第二”等仅意在将特征/组件与其他类似地特征/组件相区分，而不是对特征/组件基于任何顺序或层级。附图说明将参考附图，通过示例的方式描述实施例，在附图中：图1是根据本专利技术的转换器装置的实施例的相臂的示意性电路图。图2是根据本专利技术的转换器装置的另一实施例的相臂的示意性电路图。图3是根据本专利技术的转换器装置的三相实施例的示意性电路图。图4是根据本专利技术的转换器装置的另一三相实施例的示意性电路图。具体实施方式现在下文中将参考附图来更全面地描述实施例，在附图中示出的特定实施例。然而，在本公开的范围内，许多不同形式的其他实施例是可能的。相反，通过示例的方式提供了以下实施例，使得本公开将是全面和完整的，并且将对本领域技术人员充分传达本公开的范围。在本说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。根据本专利技术，在消除对中间变压器的需要(或减少级联中间变压器的数目)的同时使用IPT。替代地，各种其他多电平转换器可以用于IPT的输入。图1是总体上图示本专利技术的转换器装置1的实施例的示意性框图。转换器装置1包括并联的子转换器2。在图1的实施例中，存在两个子转换器，第一子转换器2a和第二子转换器2b。子转换器2被并联连接在IPT接口3(在本实施例中包括单个IPT)和公共DC母线5之间。DC母线5由DC电源供电，例如能量存储4，诸如包括电容器、电池或超级电容器。公共DC母线被连接到转换器装置1的所有子转换器2。图1的转换器装置1仅被示出有单个相臂(相位A的)，但是转换器装置可以替代地包括多个相臂(每一个都包括并联子转换器)，例如三相AC系统的三个相臂。在该情况下，公共DC母线5继续还连接其他相位的子转换器，由图中的DC母线5的虚线(未封闭)端所示。根据本专利技术，每个子转换器包括与连接到DC母线5的另一多电平转换器7串联连接的链式链节转换器(链式链节)6，本文称为公共DC链路多电平转换器7以将其与链式链节6区分，并且因此其被连接到可以是公共DC链路的DC母线5。链式链节6在IPT接口3和公共DC链路多电平转换器7之间串联连接，并且公共DC链路多电平转换器7在DC母线5和链式链节6之间串联连接。因为在图1的实施例中，相臂具有两个子转换器2a和2b，所以第一子转换器2a包括第一链式链节6a和第一公共DC链路多电平转换器7a，而第二子转换器2b包括第二链式链节6b和第二公共DC链路多电平转换器7b。相臂A可以经由电感器9连接，其可以是如IPT的没有磁耦合的常规电感器。图2更具体地示意性地图示了本专利技术的转换器装置1的实施例的相臂。建立通常如关于图1描述的。在图2的实施例中，每个链式链节6包括串联连接的多个模块化全桥(也称为H桥)单元8，在该实施例中3个单元8(其中只有一个在图中所引用)以给出7个电压电平(3个正、3个负和零)，但是任何数目的单元8对于不同的应用是方便的。每个单元8包括电容器和多个开关，每一个典型地具有关联的二极管。开关可以例如包括/是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。然而，应当注意，这些仅仅是单元8的组件的示例。可以替代地使用本领域中已知的其他相应的组件。此外，链式链节6的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于AC系统的转换器装置(1)，所述转换器装置包括至少一个相臂，所述至少一个相臂包括：第一子转换器(2a)；第二子转换器(2b)；IPT接口(3)，被配置用于将所述第一子转换器和所述第二子转换器与所述AC系统的相线(A)连接；以及至少一个DC母线(5)，被连接到所述第一子转换器和所述第二子转换器；其中，所述第一子转换器(2a)与所述第二子转换器(2b)并联连接在所述至少一个DC母线(5)和所述IPT(3)接口之间，并且其中，所述第一子转换器和所述第二子转换器中的每一个包括：链式链节转换器(6)，连接到所述IPT接口并且包括彼此串联连接的多个转换器单元(8)；以及公共DC链路多电平转换器(7)，连接到所述至少一个DC母线(5)并且与所述链式链节转换器(6)串联连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于AC系统的转换器装置(1)，所述转换器装置包括至少一个相臂，所述至少一个相臂包括：第一子转换器(2a)；第二子转换器(2b)；IPT接口(3)，被配置用于将所述第一子转换器和所述第二子转换器与所述AC系统的相线(A)连接；以及至少一个DC母线(5)，被连接到所述第一子转换器和所述第二子转换器；其中，所述第一子转换器(2a)与所述第二子转换器(2b)并联连接在所述至少一个DC母线(5)和所述IPT(3)接口之间，并且其中，所述第一子转换器和所述第二子转换器中的每一个包括：链式链节转换器(6)，连接到所述IPT接口并且包括彼此串联连接的多个转换器单元(8)；以及公共DC链路多电平转换器(7)，连接到所述至少一个DC母线(5)并且与所述链式链节转换器(6)串联连接。2.根据权利要求1所述的转换器装置，其中，所述公共DC链路多电平转换器(7)是NPC逆变器，例如，有源NPC逆变器或飞跨电容器逆变器。3.根据权利要求1或2所述的转换器装置，其中，所述转换器单元(8)中的每一个是全桥单元。4.根据前述权利要求中任一项所述的转换器装置，其中，所述相臂包括至少四个并联的子转换器(2)，所述至少四个并联的子转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·汤森，H·塞拉亚德拉帕拉，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH