级联的多电平功率转换器制造技术

本发明专利技术涉及一种多电平功率转换器，包含：n个输入级(Ein_n)，n至少等于1，每个输入级包含n+1个连接在一起的相同的输入转换器(CONVx_En)，输入转换器(CONVx_En)展现了从NPC(受钳制中性点)、ANPC(活跃受钳制中性点)、NPP(先导控制中性点)以及SMC(堆栈式多单元转换器)的结构中选出的相同拓扑；输出级(Eout)，连接于第一输入级，并且包含输出转换器(CONVS)，向输出转换器(CONVS)提供差动电压(Vfloat)，该差动电压(Vfloat)是因施加于第一输入级的第一输入转换器输出端的第一电位和施加于第一输入级的第二输入转换器输出端的第二电位所产生的，输出转换器(CONVS)展现了从具有飞跨电容器(FC)、SMC(堆栈式多单元转换器)、NPC(受钳制中性点)、NPP(先导控制中性点)以及ANPC(活跃受钳制中性点)的结构中选出的拓扑。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种多电平功率转换器。更具体地讲，本专利技术的多电平转换器旨在在 中等电压范围内操作。
技术介绍
当前的某些应用要求非常高的电压。即使用于功率转换器的半导体的性能水平正 在不断提高，它们的承压度仍不足以产生紧致和安全的功率转换器。因此，形成了各种允许 电压增加同时又符合部件承压度的方案。 第一种方案仅涉及串行链接交换器。然而，无论在静态系统中还是在动态系统中， 都难以在交换器中的每一个交换器上均匀地分配电压约束。例如，当接通时，交换最慢的交 换器冒着承受过量瞬时电压的风险，而当关闭时，最快的交换器冒着被毁坏的风险。为了克 服这些不利之处，人们推出了其它一些基于对交换器进行交错控制的方案。这些方案允许 采用旨在恢复波形的多个电压电平。 已经出现的第二方案为人们所熟悉的NPC(受钳制中性点）拓扑。这一拓扑使平 衡交换器所承受电压的问题得以明显改进，并且允许生成满意的波形。然而，这一拓扑具有 对其使用的限制，并且特别在总线电容器上电压的平衡方面存在不足。于是，人们通过用受 控交换器取代二极管来对这一NPC型拓扑进行了改进。这一改进的拓扑被称为ANPC(活跃 受钳制中性点），并且已经在某些产品（来自ABB公司的ACS2000)中实现了这一拓扑。例 如，专利US6930899中描述了一种替代NPC拓扑的、称为NPP(先导控制中性点）的可选拓 扑。 第三种方案已经出现，其使用了嵌套的单元。嵌套的单元转换器允许通过串行链 接任何数目的交换器把电压源连接于电流源，而无论所要求的转换类型如何。每一个基本 单元均具有两个交换器和一个电容器。然而，这一方案同样具有与每一个单元中飞跨电容 器（flyingcapacitor)的存在相关的不足之处，飞跨电容器的数目导致了额外的开销，并 且需要大量存储的能量。 为了减小电容器的尺寸以及降低存储在转换器中的能量，人们提出了第四种方 案。这一方案称为堆栈多单元转换器（SMC)。专利EP1287609中所描述的这一方案涉及多 个嵌套的单元转换器的链接。 最终，专利US5625545中描述了最后一种方案。这一方案涉及串行地链接所述单 元的输出端，并且使用独立的源向每一个单元提供电能。每一个单元均具有一个整流器和 一个倒相器。串行地链接所述单元的输出端，以在负载上生成所希望的电压电平。使用对 倒相器的控制中的时间位移获得多电平电压。 另外，以下文档中也对各方案进行了描述。-FANGZHENG:GeneralizedMultilevelInverterTopologywithSelf VoltageBalancing" - 01/03/2001，XP011022945 -ZHIGU0PAN等人："Adiode-clampedmultilevelconverterwithreduced number of clamping diodes〃- 22/02/2004,XP010703326-ALIANCHEN等人："Anovel type of combined multilevel converter topologies〃- 02/11/2004, XP010799316 -ALIANCHEN等人："Amultilevel converter topology with fault tolerant ability〃- 22/02/2004, XP010703838 -BARBOSA P等人："Active-Neutral-point_Clamped(ANPC)Multilevel Converter Technology^, XP010933291 US2007/025126A1 这些文档中所描述的方案推荐的是串联转换器，全部具有相同的拓扑。 本专利技术的目的旨在推荐所有先前方案的一种替代方案，其允许链接大量部件，以 能够在高电压电平操作，而且无需使用变压器，也不对无源部件的最大数目加以限制。
技术实现思路
通过多电平功率转换器实现这一目的，所述多电平功率转换器包含：n个输入级（stage)，n至少等于1，每一个输入级具有n+1个互相连接的相同的输 入转换器，向每一个转换器提供一个输入电压，并且对其加以控制，以根据所述输入电压把 一个电位施加于输出端， 如果n大于或者等于2,则向第n-1个输入级的每一个输入转换器提供因两个第n 转换器向两个输出端所施加的电位所产生的电压， -个输出级，连接于第一输入级，并且具有一个输出转换器，向输出转换器提供一 个差动电压，这一差动电压是因施加于第一输入级的第一输入转换器输出端的第一电位和 施加于第一输入级的第二输入转换器输出端的第二电位所产生的，控制所述输出转换器， 以向输出端施加一个电位。 展现了相同拓扑的输入转换器，所述拓扑是从NPC、ANPC、NPP以及SMC型结构中选 出的， 展现了不同于为输入转换器所选拓扑的拓扑的输出转换器，输出转换器的所述拓 扑是从飞跨电容器、SMC、NPC，NPP以及ANPC结构中选出的。 根据一个变通实施例，输入转换器展现了NPP型拓扑，输出转换器展现了飞跨电 容器拓扑。 根据另一个变通实施例，输入转换器展现了NPC型拓扑，输出转换器展现了飞跨 电容器拓扑。 根据另一个变通实施例，输入转换器展现了ANPC型拓扑，输出转换器展现了飞跨 电容器拓扑。 根据另一个变通实施例，输入转换器展现了NPP型拓扑，输出转换器展现了SMC型 拓扑。 根据另一个变通实施例，输入转换器展现了NPC型拓扑，输出转换器展现了SMC型 拓扑。 根据另一个变通实施例，输入转换器展现了ANPC型拓扑，输出转换器展现了SMC 型拓扑。【附图说明】 在以下参照下列附图的详细描述中将会发现本专利技术的其它特性与优点： 图1示意性地示出了本专利技术的多电平功率转换器， 图2示出了包含单个输入级和一个输出级的本专利技术的多电平转换器， 图3示出了本专利技术的具有一个输入级和一个输出级的多电平转换器，其中输入级 具有NPP拓扑，而输出级具有飞跨电容器拓扑， 图4示出了本专利技术的具有一个输入级和一个输出级的多电平转换器，其中输入级 具有NPC拓扑，而输出级具有飞跨电容器拓扑， 图5示出了本专利技术的具有一个输入级和一个输出级的多电平转换器，其中输入级 具有ANPC拓扑，而输出级在输出端具有飞跨电容器拓扑， 图6A~图6L说明了本专利技术的多电平转换器中电流的不同的流动顺序，所述多电 平转换器具有一个输入级和一个输出级，其中输入级具有NPP拓扑，而输出级具有飞跨电 容器拓扑，以及 图7示出了本专利技术的具有一个输入级和一个输出级的多电平转换器，其中输入级 具有NPP拓扑，而输出级具有SMC拓扑。【具体实施方式】 本专利技术涉及一种多电平功率转换器，其允许在高电压操作，更精确地讲，其允许在 2. 3kV~13. 8kV的中等电压范围内操作。这取决于按级联方式链接的基本结构，每一个基 本结构基于有限量串行链接的部件。 参照图1，本专利技术的多电平转换器具有：_n个输入级Einn，n至少等于1，每一个输入级Einn具有n+1个互相连接的相同的 输入转换器C0NVxEn(x处于1~n+1的范围），向每一个转换器C0NVxEn提供输入电压VxEn， 并且对其加以控制，以根据所述输入电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多电平功率转换器，包含：n个输入级(Ein_n)，n至少等于1，每个输入级具有n+1个互相连接的相同的输入转换器(CONVx_En)，向每个转换器提供输入电压(Vx_En)，并且根据所述输入电压控制其向输出端(Sy_En)施加电位，如果n大于或者等于2，则向第n‑1个输入级的每个输入转换器提供因两个第n转换器向两个输出端所施加的电位所产生的电压，一个输出级(Eout)，连接于第一输入级，并且具有输出转换器(CONVS)，向输出转换器(CONVS)提供差动电压(Vfloat)，该差动电压(Vfloat)是因施加于第一输入级的第一输入转换器输出端的第一电位和施加于第一输入级的第二输入转换器输出端的第二电位所产生的，控制所述输出转换器，以向输出端(S1_S)施加电位，其特征在于，输入转换器(CONVx_En)展现了从NPC、ANPC、NPP以及SMC型结构中选出的相同拓扑，输出转换器(CONVS)展现了与为输入转换器所选拓扑不同的拓扑，输出转换器的所述拓扑是从飞跨电容器(FC)、SMC、NPC,NPP以及ANPC结构中选出的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JP拉维维利，
申请(专利权)人：施耐德东芝换流器欧洲公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR