具有混合全桥单元的多级转换器制造技术

在AC与DC之间转换的多级转换器（10）包括相臂，其在DC极（P1）与AC端子（AC1）之间具有多个单元，这些单元包括至少一个混合全桥单元（HFBA），其包括：第一单元连接端子，用于耦合于DC极；第二单元连接端子，用于耦合于AC端子；能量存储元件（C），其具有正和负端；第一组串联连接的半导体装置（S1，S2），其与能量存储元件（C）并联，其中这些之间的结形成一个单元连接端子；和第二组串联连接的半导体装置，其与能量存储元件（C）并联并且包括第三半导体装置（S3）和由多个单向传导元件组成的第四半导体装置，这些单向传导元件包括至少一个单向传导元件（D），其中这些之间的结形成另外的单元连接端子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上设及多级转换器。更特定地，本专利技术设及配置成在交流电与直流电 之间转换的多级转换器。
技术介绍
关注多级转换器在许多不同的输电环境中使用。它们可例如用作直流输电系统 (例如高压直流（HVDC))和交流输电系统(例如柔性交流输电系统（FACTS))中的电压源转换 器。它们也可用作无功补偿电路，例如静止VAR补偿器。 为了减少电力电子转换器的输出中的谐波失真(其中输出电压可W采取若干分立 级别)，已经提出所谓的多级转换器。特别地，已经提出运样的转换器，其中多个级联转换器 单元每个包括多个开关装置和采用DC电容器形式的能量存储单元。 运样的转换器的不例可W在IE邸2004的Marquar化的"NewConc巧tfor hi曲voltage-Modularmultilevelconverter(对于高压模块化多级转换器的新概念）"、 E阳 2003、WO2010/149200 和WO2011/124260 的A.Lesnicar、R.Marquardt的"Anew modularvoltagesourceinve;rte;rtopology(新的模块化电压源逆变器拓扑）"中找到。 运样的转换器中的转换器元件可例如具有半桥、全桥或错位双单元类型。 上和下臂中的半桥连接提供单极单元电压贡献并且给予最简单的链式链路转换 器结构。该类型由IE邸2004的Marquar化的"化WConc巧tforhi曲voltage-Modular multilevelconverter(对于高压模块化多级转换器的新概念)"和EPE2003的A. Lesnicar、R.Marquardt的"Anewmodularvoltagesourceinvertertopology(新的 模块化电压源逆变器拓扑)"描述。 然而，半桥拓扑存在在DC故障(例如DC极间或DC极接地故障)情况下故障电流阻 断能力受到限制运一问题。 解决此的一个方式是通过使用全桥单元。运在WO2011/012174中描述。全桥单 元的串联连接给予通过单元电容器的能量存储元件的四象限功率流W及通过施加反向电 压给予DC故障电压阻断能力。然而，与半桥单元相比，全桥单元的使用使部件数量加倍。 减少部件数量连同保持故障电流限制能力的一个方式是通过使半桥和全桥类型 的单元混合。一半的单元则可W是全桥单元，用于由于级联转换器单元的定级来施加反向 电压。运例如在WO2011/042050中描述。单元的混合使部件数量进一步减少，同时保持良 好的故障电流限制能力。 然而，关于部件减少连同故障电流限制仍然有提高的空间。
技术实现思路
本专利技术针对减少电压源转换器中的部件数量连同提供足够的故障电流限制。 该目标根据第一方面通过多级转换器实现，该多级转换器配置成在交流电与直流 电之间转换并且包括： 至少一个相臂，其在DC极与AC端子之间具有多个单元，运些单元包括用于故障电流处 理操作的至少一个混合全桥单元， 所述混合全桥单元包括： 第一单元连接端子，用于禪合于DC极， 第二单元连接端子，用于禪合于AC端子， 能量存储元件，其具有正和负端， 第一组串联连接的半导体装置，该组与能量存储元件并联连接并且其中第一组的半导 体装置包括第一和第二开关元件，其具有第一和第二反并联单向传导元件，其中第一与第 二半导体装置之间的结形成一个单元连接端子， 第二组串联连接的半导体装置，该组与能量存储元件W及与第一组并联连接并且其中 第二组半导体装置包括：第=半导体装置，其具有带反并联单向传导元件的第=开关元件， 和由至少一个单向传导元件组成的第四半导体装置，其中第一与第二半导体装置之间的结 形成另外的单元连接端子。 本专利技术具有许多优势。它提供与具有数量减少的部件的相似常规转换器结构相等 的故障限制能力。运结合具有低复杂性和低成本的模块化单元结构。另一个优势是用于控 制单元所需要的控制信号的数量减少。【附图说明】 本专利技术将在下面参考附图描述，其中 图1示意地示出在两个极之间连接的基于单元的电压源转换器， 图2示意地示出第一类型的混合全桥单元的结构， 图3示意地示出第一类型的半桥单元的结构， 图4示意地示出第二类型的混合全桥单元的结构， 图5示意地示出第二类型的全桥单元的结构， 图6示意地示出采用第一和第二类型的混合全桥单元W及第一和第二类型的半桥单 元的电压源转换器相脚的第一实现， 图7示意地示出在正AC电压出现第一极接地故障的情况下通过图6的转换器的上相 臂的故障电流路径， 图8示意地示出在负AC电压出现第一极接地故障的情况下通过图6的转换器的上相 臂的故障电流路径， 图9示意地示出在负AC电压出现第二极接地故障的情况下通过图6的转换器的下相 臂的故障电流路径， 图10示意地示出在正AC电压出现第二极接地故障的情况下通过图6的转换器的下相 臂的故障电流路径， 图11示意地示出第=类型的混合全桥单元的结构，W及 图12示意地示出第四类型的混合全桥单元的结构。【具体实施方式】 在下面，将给出本专利技术的优选实施例的详细描述。 图I示出采用基于单元的电压源转换器10的形式的多级转换器的一个变体。转 换器操作成在交流电（AC)与直流电（DC)之间转换。图1中的转换器10包括=相桥，其由 多个相脚组成。在该情况下存在=个相脚。然而应认识到作为备选可例如仅存在两个相脚。 从而存在第一相脚化1、第二相脚PL2和第S相脚化3。相脚通常特定地在两个DC极(第一 DC极Pl和第二DC极P2)之间连接并且相脚的中点连接到对应的交流端子ACl、AC2、AC3。 相脚的中点在运里经由电抗器LACULAC2和LAC3连接到对应的AC端子。相脚由此分成两 半：上半和下半，其中运样的半个也叫作相臂。 第一DC极Pl此外具有可能为正的第一电势+DC，而第二DC极具有可能为负的第 二电势-DC。第一极Pl因此也可叫作正极，而第二极P2可叫作负极。运些极此外可W是例 如高压直流（HVDC)输电系统等DC输电系统或柔性交流传输系统（FACTS)的部分。 如上文提到的，图1的电压源转换器仅仅是其中可使用本专利技术的多级转换器的一 个示例。例如可能在两个极之间提供彼此串联的=个相脚，其中运些则组成第一组相脚。然 后可能提供与该第一组并联的第二组串联连接的相脚。在该情况下，第一组相脚的中点形 成主AC端子并且第二组相脚的中点形成对于=个相的辅AC端子。 多级转换器的再另一个实现是静止VAR补偿器。 图1中的示例中的电压源转换器10的相臂包括单元。单元是可开关W用于对对 应AC端子上的电压提供电压贡献的装置。单元则包括一个或多个能量存储元件，例如采用 电容器的形式，并且单元可开关W提供对应于能量存储元件的电压的电压贡献或零电压贡 献。如果在单元中包括超过一个能量存储元件，甚至另外的电压贡献是可能的。 单元有利地在相臂中串联或级联连接。 在图1中给出的示例中，在每个相臂中存在五个串联连接或级联单元。从而，第一 相脚化1的上相臂包括五个单元Clul、C2ul、C3ul、C4ul和C加1，而第一相脚化1的下相臂 包括五个单元(：111^211八311^411和巧11。采用相似的方式，第二相脚化2的上相臂包 括五个单元Clu2、C化2、C3u本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多级转换器（10），其配置成在交流电（AC）与直流电（DC）之间转换并且包括：至少一个相臂，其具有在DC极（P1；P2）与AC端子（AC1）之间的多个单元，所述单元包括用于故障电流处理操作的至少一个混合全桥单元（HFBA；HFBB；HFBC；HFBD），所述混合全桥单元包括：第一单元连接端子，用于耦合于所述DC极，第二单元连接端子，用于耦合于所述AC端子，能量存储元件（C），其具有正和负端，第一组串联连接的半导体装置，所述组与所述能量存储元件（C）并联连接并且其中所述第一组的半导体装置（SU1，SU2）包括具有第一和第二反并联单向传导元件（D1，D2）的第一和第二开关元件（T1，T2），其中所述第一与第二半导体装置之间的结形成一个单元连接端子（TEFBA1；TEFBB1；TEFBC2；TEFBD2），第二组串联连接的半导体装置，所述组与所述能量存储元件（C）以及与所述第一组并联连接并且其中所述第二组的半导体装置包括第三半导体装置（SU3），所述第三半导体装置具有带反并联单向传导元件（D3）的第三开关元件（T3）和由至少一个单向传导元件（D）组成的第四半导体装置（SU4），其中所述第一与第二半导体装置之间的结形成另外的单元连接端子（TEFBA2；TEFBB2；TEFBC1；TEFBD1）。...

【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：A纳米，王立伟，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH