模块化多级转换器制造技术

技术编号:19398685 阅读:29 留言:0更新日期:2018-11-10 05:31
本发明专利技术涉及一种具有至少一个支路的多级转换器,支路连接在正母线与负母线之间,其中,支路具有至少两个串联连接的臂,其中,臂分别包括由多个两极的子模块构成的串联电路,子模块具有能量存储器和与多级转换器的控制装置的通信连接,借助通信连接可以传输关于能量存储器的充电状态的至少一个信息以及用于子模块的开关的开关指示,其特征在于,对于至少一部分子模块,通信连接被构建为共同的通信连接并且具有多个绝缘段,绝缘段具有最高5kV的绝缘能力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】模块化多级转换器
本专利技术涉及一种具有多个模块的串联电路的模块化多级转换器。
技术介绍
模块化多级转换器、也称为模块化多电平转换器或简称为MMC或M2C(根据英语“modularmultilevelconverter”)是用于将一个电压转换为另一个电压的转换器。模块化多级转换器例如可以将直流电压转换为交流电压,即其用作逆变器。此外,模块化多级转换器例如可以将交流电压转换为直流电压,即其用作整流器。此外,模块化多级转换器可以将交流电压转换为频率和幅值不同的交流电压,而不首先产生直流电压,即其用作直接转换器。模块化多级转换器主要在大功率范围内使用。模块化多级转换器作为逆变器的可能的应用领域位于光伏发电厂中,其中,必须将通过发电厂产生的直流电压转换为交流电压,以便可以将交流电压馈入交流电网中。例如在高压直流输电(或英语HVDC)中需要作为整流器的模块化多级转换器。在此,从交流电压产生直流电压,使用直流电压在很远的传输路线上损耗小地进行传输。在传输之后,又利用作为逆变器的模块化多级转换器将直流电压转换为交流电压,以便将其馈入交流电网中。模块化多级转换器在其结构中包括至少一个具有多个串联连接的模块的串联电路。EP2677653A1公开了一种模块化多级转换器,其在这种情况下包括三个具有2N个模块的串联电路。每个串联电路通过交流电压线路分为两个臂。每个臂又通过扼流元件与交流电压线路连接。此外,每个模块具有能量存储器和开关设备。相应的能量存储器被配置为用于存储电能。在每个模块中,能量存储器可以至少部分地以电能充电。借助开关设备可以控制是否要对相应的模块的能量存储器充电或放电,或者能量存储器是否要被跨接。模块的开关设备通过多级转换器的控制装置来控制。为此并且为了反馈对相应的能量存储器充电的测量值,在模块与控制装置之间需要双向通信连接。其在中压和高压范围内一般作为点对点光波导体连接来实现。然而,其是昂贵的,尤其是由于所需的控制装置与每个模块之间的连接的量而是昂贵的。替换地,已知总线电连接。其中,在总线与各个模块之间提供合适的电绝缘,这同样是复杂并且昂贵的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种具有用于通信连接的改进的架构的高性能并且成本低廉的模块化多级转换器。上述技术问题通过具有权利要求1的特征的多级转换器来解决。根据本专利技术的多级转换器包括至少一个支路,其连接在正母线与负母线之间,其中,支路具有至少两个串联连接的臂,并且其中,臂分别包括由多个两极的子模块构成的串联电路。子模块分别包括能量存储器和与多级转换器的控制装置的通信连接,其中,借助通信连接可以传输关于能量存储器的充电状态的至少一个信息以及用于子模块的开关的开关指示。多级转换器的特征在于,对于至少一部分子模块,通信连接被构建为共同的通信连接并且具有多个绝缘段,绝缘段具有最高5kV的绝缘能力。换言之,多级转换器至少对于其模块中的一部分包括共同的通信连接,其通过绝缘段划分为彼此电绝缘的部分区域。通过根据本专利技术的设计方案,实现了可以取消并且通过共同的通信连接代替控制装置与模块之间的复杂并且昂贵的点对点连接。在此,划分为部分区域的设计方案使得绝缘段上的电压降为最高5kV。由此,作为绝缘段,可以有利地使用适当的、低绝缘的简化元件,其最大绝缘能力远在使用MMC/M2C换流器时经常出现的运行电压以下。绝缘段优选包括变换器,但是替换地也可以使用电容器或者容性或感性耦合器。尤其在控制系统形成总成本的较大的份额的小功率和中间功率系统中,由此实现结构成本的明显下降和结构空间的节约。根据本专利技术的装置的有利设计方案从权利要求1的从属权利要求中得到。在此,根据权利要求1的实施方式可以与一个从属权利要求的特征或优选也可以与多个从属权利要求的特征组合。因此,对于电力转换器,还可以附加地设置以下特征:-可以将共同的通信连接划分为部分区域,使得两个部分区域之间的绝缘段的至少一部分上的电压降分别为最高3.3kV、2kV。在另外的设计方案中,作为电压降的上边界,可以实现1.2kV、1kV或还有600V。划分在此适宜地通过所使用的绝缘段的数量来调节。尤其是,这是至少10个绝缘段,或者在另一个设计方案中为至少20个绝缘段,其中,数量涉及多级转换器的一个臂或一个支路。-共同的通信连接优选针对一个支路的至少一个臂,尤其是针对多级转换器的所有臂,或针对多级转换器的一个或多个或所有支路单独实现。在此优选一个臂或一个支路的所有子模块的通信连接被构建为共同的通信连接。-可以针对每个臂分别设置共同的通信连接。替换地,对于每个支路,也可以分别存在共同的通信连接。-特别有利的是,通信连接构造为至少一个总线连接,其中,每个子模块的信号可以直接由控制装置接收,反之亦然。也就是说,换言之,不使用点对点连接。由此,以特别的方式节省结构空间和结构的复杂性,因为在具大量子模块的多级转换器中节约了大量光缆或电缆。-替换地,共同的通信连接可以构建为从一个子模块到下一个子模块的连接。换言之,也就是说,多级转换器的控制装置与第一子模块连接,并且其又与第二子模块连接,等等。但是,在此不出现共同的通信连接的各个部分区域的直接的直通连接。因此,对于子模块与控制装置的通信和相反的通信,在这种设计方案中,必须从子模块向子模块转发数据包。也就是说,在这种设计方案中,同样不使用具有与在总线连接中相同的优点的星形连接。-绝缘段的数量可以是子模块的数量的至少一半,尤其是子模块的数量的至少90%。适宜地,这是至少10个绝缘段,尤其是至少20个绝缘段。优选共同的通信连接在臂的串联电路中相应的两个相邻的子模块的连接位置之间分别具有绝缘段中的,从而绝缘段的数量基本上相应于子模块的数量。-子模块连接至共同的通信连接的顺序适宜地相应于子模块在多级转换器的相应的臂中的布置顺序。由此,子模块至通信连接的连接位置之间的电压降被限制为子模块通过其能量存储器可以提供的电压差。-共同的通信连接可以利用两个彼此并联连接的支线构造为环形的,其在第一子模块的连接位置处和在第二子模块的连接位置处相互连接。环形设计方案不仅在总线连接中,而且也在支线类型的连接中是可能的。在这两种情况下,环形设计方案提高了可靠性,因为在与子模块的通信中提供冗余。-可以仅支线中的第一支线与子模块具有直接连接,而第二支线仅在提到的两个连接位置处与第一支线连接,由此与子模块间接连接。由此有利地在同时总是很简单的结构中提供通信的冗余,因为在第二支线中,不需要与子模块的许多连接位置。-替换地,两个支线也可以与子模块具有直接连接。由此,通信连接的可靠性进一步提高,因为在这种结构中,甚至在每个支线中的多个部分发生故障的情况下,在某些情况下仍然可以控制所有子模块。-在这两种情况下,即当两个支线与子模块具有直接连接时,或者当仅一个支线与子模块具有直接连接时,优选在环形总线的两个平行的支线中使用基本上相同数量的绝缘段。由此,在两个支线中产生所需的绝缘能力。-如果一个支线与子模块没有直接连接,则在该支线中,连接位置之间的绝缘能力替换地可以通过具有更高绝缘能力的单个或几个绝缘段产生,以节约结构空间。-第一支路的第一臂的子模块可以与支线中的第一支线连接,并且第二支路的第一臂的子模块可以与支线中的第二支线连接。由此实现环形的通本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种具有至少一个支路(11、31)的多级转换器(10、20、30),支路连接在正母线(131)与负母线(132)之间,其中,支路(11、31)具有至少两个串联连接的臂,其中,臂分别包括由多个两极的子模块(110…117、210…217)构成的串联电路,子模块具有能量存储器和与多级转换器(10、20、30)的控制装置(12、17)的通信连接,借助通信连接能够传输关于能量存储器的充电状态的至少一个信息(421…425)以及用于子模块(110…117、210…217)的开关的开关指示(411…414),其特征在于,对于至少一部分子模块(110…117、210…217),通信连接被构建为共同的通信连接并且具有多个绝缘段(150…156、210…212、330…336),绝缘段分别具有最高5kV的绝缘能力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.18 EP 16161060.51.一种具有至少一个支路(11、31)的多级转换器(10、20、30),支路连接在正母线(131)与负母线(132)之间,其中,支路(11、31)具有至少两个串联连接的臂,其中,臂分别包括由多个两极的子模块(110…117、210…217)构成的串联电路,子模块具有能量存储器和与多级转换器(10、20、30)的控制装置(12、17)的通信连接,借助通信连接能够传输关于能量存储器的充电状态的至少一个信息(421…425)以及用于子模块(110…117、210…217)的开关的开关指示(411…414),其特征在于,对于至少一部分子模块(110…117、210…217),通信连接被构建为共同的通信连接并且具有多个绝缘段(150…156、210…212、330…336),绝缘段分别具有最高5kV的绝缘能力。2.根据权利要求1所述的多级转换器(10、20、30),其中,绝缘段(150…156、210…212、330…336)分别具有最高3.3kV、2kV、尤其是最高1.5kV或600V的绝缘能力。3.根据权利要求1或2所述的多级转换器(10、20、30),其中,一个臂或一个支路的所有子模块(110…117、210…217)的通信连接被构建为共同的通信连接。4.根据前述权利要求中任一项所述的多级转换器(10、20、30),其对于每个臂分别具有共同的通信连接。5.根据权利要求1至3中任一项所述的多级转换器(10、20、30),其对于每个支路(11、31)分别具有共同的通信连接。6.根据前述权利要求中任一项所述的多级转换器(10、20、30),其中,通信连接形成至少一个总线连接,其中,每个子模块(110…117、210…217)的信号能够直接由控制装置(12、17)接收,反之亦然...

【专利技术属性】
技术研发人员:M布卢姆M加莱克A霍夫曼D马利帕德B鲁西乌斯
申请(专利权)人:西门子股份公司
类型:发明
国别省市:德国,DE

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