级联模块化多电平换流器的新的四电平换流器单元拓扑制造技术

级联模块化多电平换流器具有多个四电平换流器，每个ac相位产生包括相同相位中的模块的不同输出的多电平电压波形。每个模块是受控电压源。级联换流器中的电压电平的数量由每个相位中的模块和通过每个模块产生的电压电平的数量确定。N个级联4电平换流器产生4N+1个相对中性点电压电平和8N+1个相间电压电平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于电压转换的系统和方法。更特别地，本专利技术涉及用级联的单独的多电平电力逆变器在电力系统中将DC电压转换成AC电压的方法和系统。
技术介绍
多电平换流器由于诸如HVDC、SVC以及AC驱动之类的高功率和高电压应用的需求而变得流行。不同于常规的两电平换流器，多电平逆变器提供了基于从若干dc电压电平（voltagelevel）合成ac电压波形来消除谐波的高效方式，其具有如在以下中描述的许多优点：“[1]O.Lopez、S.Bernet、J.Alvarez、J.D.Gandoy和F.D.Freijedo，‘MultilevelmultiphasespacevectorPWMalgorithm’，IEEETrans.Ind.,Electron.,vol.55,no.5,pp.1933-1942,2008年5月”；“[2]J.Rodriguez、J.Lai和F.Z.Peng，‘Multilevelinverters:asurveyoftopologies,controls,andapplications’，IEEETrans.Ind.,Electron.,vol.49,no.4,pp.724-738,2002年8月”；“[3]S.Bernet、D.Krug和K.Jalili，‘Designandcomparisonof4-kVneutral-point-clamped,flying-capacitor,andseries-connectedH-bridgemultilevelconverters’，IEEETrans.Ind.,Appl,vol.43,no.4,pp.1032-1040,2007年7月/8月”以及“[4]S.Kouro、M.Malinowski、K.Gopakumar、J.Pou、L.G.Franquelo、B.Wu、J.Rodriguez、M.A.Peroez和J.I.Leon，‘Recentadvancesandindustrialapplicationsofmultilevelconverters’，IEEETrans.Ind.,Electron.,vol.57,no.8,pp.2553-2580,2010年8月”。多电平换流器的优点是：a）在电压受限设备的情况下的高电压能力；b）低谐波失真和较少滤波要求；c）归因于低开关频率的减少的开关损耗；d）增加的电力转换效率；以及e）好的电磁兼容性。已经研究和应用若干多电平换流器拓扑，例如，也被称作中性点钳位（NPC）拓扑的二极管钳位多电平换流器、飞跨电容器多电平换流器、级联H桥多电平换流器（CHB）、模块化多电平换流器（MMC或M2C），所述模块化多电平换流器如在“[5]A.Lesnicar和R.Marquardt，‘Aninnovativemodularmultilevelconvertertopologysuitableforawidepowerrange’，inProc.IEEEBolognaPowerTechConf.,2003,pp.1-3”中描述的那样。已知在NPC换流器中存在某些问题，诸如当电压电平的数量超过三个时的电压不平衡，如在“[2]J.Rodriguez、J.Lai和F.Z.Peng，‘Multilevelinverters:asurveyoftopologies,controls,andapplications’，IEEETrans.Ind.,Electron.,vol.49,no.4,pp.724-738,2002年8月”中描述的那样。在飞跨电容器多电平换流器中也发现了类似的问题。为了解决这些问题，许多研究人员近年来已经研究了模块化多电平换流器。级联H桥多电平换流器是在电压高于6kV时通常使用的那些中的一个。M2C拓扑使用半桥子模块并且已被西门子（Siemens）公司——本公开的受让人商业化。模块化多电平换流器的优点包括1）模块化设计的可扩展性的容易，2）较小且可靠的电容器的分布式定位，以及3）冗余的简单实现。当前，具有至多4个开关的多电平换流器中的电压电平的数量被认为是受限的，其还限制级联换流器的电路中的电压电平的数量。因此，要求新颖的和改进的多电平（也被称作多电平）换流器，其具有较大数量的电压电平且可以在级联拓扑中应用。
技术实现思路
根据本专利技术的方面，提供了一种用以产生多电平电压的换流器单元，其包括串联连接的第一、第二和第三电容器；第一、第二、第三和第四电力开关，每个电力开关具有反并联连接的二极管，其中第一电力开关与第二电力开关串联连接并且第三电力开关与第四电力开关串联连接；串联连接的第一和第二电力开关与第二电容器并联连接；并且第三电力开关的第一节点被连接到第一电容器的第一节点；并且第四电力开关的第二节点被连接到第三电容器的第二节点。根据本专利技术的进一步方面，提供了一种换流器单元，其进一步包括由第一电力开关的第二节点和第三电力开关的第二节点形成的输出端以提供多电平电压。根据本专利技术的又进一步方面，提供了一种换流器单元，其中多电平电压是四电平电压。根据本专利技术的又进一步方面，提供了一种换流器单元，其中换流器单元是包含多个换流器单元的电路的部分。根据本专利技术的又进一步方面，提供了一种换流器单元，其中电路包含n个换流器单元，其中n大于2，并且电路被配置成提供具有至少4n+1个电压电平的相对中性点输出电压。根据本专利技术的又进一步方面，提供了一种换流器单元，其中电路包含3n个换流器单元，其中n大于2，并且电路被配置成提供具有至少8n+1个电压电平的相间输出电压。根据本专利技术的又进一步方面，提供了一种换流器单元，其中换流器单元是级联模块化多电平换流器的部分。根据本专利技术的又进一步方面，提供了一种换流器单元，其中换流器单元是太阳能电池电力系统的部分。根据本专利技术的又进一步方面，提供了一种换流器单元，其中换流器单元中的电容器由太阳能电池替代。根据本专利技术的另一方面，提供了一种多电平电压换流器，其包括：以级联模块化多电平换流器拓扑布置的多个3n个换流器单元，每个换流器单元具有由3个电容器和4个电力半导体开关确定的拓扑，所述4个电力半导体开关中的每个具有续流二极管，每个换流器具有被配置成选择性地提供4个电压电平中的一个的输出端；以及输出端，其被使能成选择性地提供至少8n+1个相间电压电平中的一个。根据本专利技术的又一方面，提供了一种多电平电压换流器，其中通过将三个电容器串联连接并通过将四个电力开关中的两个串联连接来进一步确定拓扑。根据本专利技术的又一方面，提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用以产生多电平电压的换流器单元，包括：串联连接的第一、第二和第三电容器；第一、第二、第三和第四电力开关，每个电力开关具有反并联连接的二极管，其中第一电力开关与第二电力开关串联连接并且第三电力开关与第四电力开关串联连接；串联连接的第一和第二电力开关与第二电容器并联连接；并且第三电力开关的第一节点被连接到第一电容器的第一节点；并且第四电力开关的第二节点被连接到第三电容器的第二节点。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用以产生多电平电压的换流器单元，包括：
串联连接的第一、第二和第三电容器；
第一、第二、第三和第四电力开关，每个电力开关具有反并联连接的二极管，其中第一
电力开关与第二电力开关串联连接并且第三电力开关与第四电力开关串联连接；
串联连接的第一和第二电力开关与第二电容器并联连接；并且
第三电力开关的第一节点被连接到第一电容器的第一节点；并且
第四电力开关的第二节点被连接到第三电容器的第二节点。
2.根据权利要求1所述的换流器单元，进一步包括由第一电力开关的第二节点和第三
电力开关的第二节点形成的输出端以提供多电平电压。
3.根据权利要求1所述的换流器单元，其中多电平电压是四电平电压。
4.根据权利要求1所述的换流器单元，其中换流器单元是包含多个换流器单元的电路
的部分。
5.根据权利要求4所述的换流器单元，其中电路包含n个换流器单元，其中n大于2，并且
电路被配置成提供具有至少4n+1个电压电平的相对中性点输出电压。
6.根据权利要求4所述的换流器单元，其中电路包含3n个换流器单元，其中n大于2，并
且电路被配置成提供具有至少8n+1个电压电平的相间输出电压。
7.根据权利要求1所述的换流器单元，其中换流器单元是级联模块化多电平换流器的
部分。
8.根据权利要求1所述的换流器单元，其中换流器单元是太阳能电池电力系统的部分。
9.根据权利要求8所述的换流器单元，其中换流器单元中的电容器由太阳能电池替代。
10.一种多电平电压换流器，包括：
多个3n个换流器单元，其被以级联模块化多电平换流器拓扑布置，每个换流器单元具
有由3个电容器和4个电力半导体开关确定的拓扑，所述4个电力半导体开...

【专利技术属性】
技术研发人员：范声芳，薛耀锁，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE