用于多电平能量变换器的变换器模块制造技术

本发明专利技术涉及一种用于多电平能量变换器(10)的变换器模块(1)，其具有两个变换器模块端口(11，12)、一个开关单元(13)和一个用于控制开关单元(13)的开关状态的控制端口，其中，开关单元(13)提供变换器模块(1)的两个变换器模块端口(11，12)和控制端口，其中，变换器模块(1)具有两个串联连接的变换器模块电容(8，9)，所述变换器模块电容连接至开关单元(13)，其中，变换器模块电容(8，9)中的每一个分别提供变换器模块电容电压，其中，开关单元(13)被布置，使得依赖于开关单元(13)的各自开关状态来将变换器模块电容(8，9)之一的变换器模块电容电压或串联连接的变换器模块电容(8，9)的总电压接通到变换器模块端口(11，12)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于多电平能量变换器的变换器模块
本专利技术涉及一种用于多电平能量变换器的变换器模块，其具有两个变换器模块端口、一个开关单元和一个用于控制开关单元的开关状态的控制端口，其中，开关单元提供变换器模块的两个变换器模块端口和控制端口。本专利技术还涉及一种用于变换电能的多电平能量变换器，其具有用于供给待变换的电能的一个端口和用于送出经变换的电能的另一端口，其中，多电平能量变换器具有变换器电路，其连接至多电平能量变换器的两个端口的第一个并且其包含多个串联连接的变换器模块并且其提供与所述端口中的第二个相耦合的中间端口，其中，变换器电路内的变换器模块连接至控制单元以便控制，所述控制单元控制变换器模块以便变换电能。此外，本申请涉及一种运行多电平能量变换器的变换器模块的方法，其中，借助控制单元通过控制端口来对提供变换器模块的两个变换器端口和控制端口的开关单元的开关状态进行控制。此外，本专利技术涉及一种运行借助变换器电路变换电能的多电平能量变换器的方法，其中，在一个端口供给待变换的电能并且在另一端口送出经变换的电能，其中，所述变换器电路连接至多电平能量变换器的两个端口的第一个并且包含多个串联连接的变换器模块并且提供与端口中的第二个相耦合的中间端口，其中，借助控制单元来控制变换器电路的变换器模块以便变换电能。最后，本专利技术还涉及一种运行借助变换器电路变换电能的多电平能量变换器的方法，其中，在一个端口处供给待变换的电能并且在另一端口处送出经变换的电能，其中，变换器电路连接至多电平能量变换器的两个端口的第一个并且包含多个串联连接的变换器模块并且提供与端口中的第二个相耦合的中间端口，其中，变换器电路的变换器模块分别具有变换器模块电容并且通过控制单元来被控制以便变换电能。
技术介绍
多电平能量变换器以及其运行方法实质上是公知的，所以对此并不需要特别的书面证据。用于构造多电平能量变换器的变换器模块也是同样的情况。多电平能量变换器是脉冲激发(getaktet)能量变换器的特殊构造形式。这样的多电平能量变换器经常被使用在高压直流电压传输的范围内，其中设置几百kV范围的直流电压以及1GW范围的功率。优选双向地使用这样的多电平能量变换器，使得既可以从交流电压侧向直流电压侧变换电能，也可以反过来进行。通常在不明显改变电压电平的情况下进行变换，也就是说，交流电压的最大幅值的电平基本上等于直流电压中间电路(Glechspannungszwischenkreis)的电平。多电平能量变换器通常具有由多个变换器模块组成的串联电路，其自身包含变换器模块电容和与其并联连接的由两个串联的半导体开关组成的串联电路。由于电路结构，相对于替换的电路概念而言，变换器模块的控制是较为运行可靠的，因此，多电平能量变换器尤其适用于范围内的应用。此外，在中间电路处具有按照此类型的构造的多电平能量变换器不需要中间电路电容，此外，所述中间电路电容在领域内的应用中非常高成本和昂贵被摒弃。通过变换器模块电容，实现直流电压中间电路的相应的支持。按照此类型的多电平能量变换器在英文文献中也被称为ModularMultiLevelConverter或MMC或者也被称为M2C。由于电子元件领域的日益增强的成本降低，复杂的拓扑或电路结构越来越成为功率电子大宗市场的焦点。由于主要针对中压或高压范围研发了复杂的电路方式，所以基于在此占优势的边界条件，很多需求被相对麻烦地或高成本地解决。在将这样的拓扑或电路结构转化到低压范围内时得到的结果是，可以更简单并且更高效地实现一些需求。按照此类型方式的多电平能量变换器在将上述类型使用在能源技术中时经受住了考验。本质上，这种类型的多电平能量变换器也可以使用在低电压中。借此，相对于其他能量变换器而言，能够使用非常高的效率、低开关损耗或高可靠性的优点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，这样改进多电平能量变换器的变换器模块，使得可以降低电路开销或成本。此外，本专利技术要解决的技术问题是，提供一种用于运行变换器模块的方法。最后，本专利技术要解决的技术问题是，提供一种用于运行多电平能量变换器的方法。作为解决方案，本专利技术提出一种根据独立权利要求1所述的变换器模块。此外，另一独立权利要求8提出一种根据本专利技术的多电平能量变换器。另外，独立权利要求9提供一种用于运行变换器模块的方法。此外，另一独立权利要求17和18提供一种用于运行多电平能量变换器的方法。对于变换器模块而言，尤其提出的是，变换器模块具有两个串联连接的变换器模块电容，所述变换器模块电容连接至开关单元，其中，变换器模块电容中的每一个分别提供变换器模块电容电压，其中，开关单元被布置，使得依赖于开关单元的各自开关状态来将变换器模块电容之一的变换器模块电容电压或串联连接的变换器模块电容的总电压切换到变换器模块端口。对于多电平能量变换器而言，提出的是，多电平能量变换器具有根据本专利技术的变换器模块。对于方法而言，在用于运行变换器模块的方法中尤其提出的是，通过两个串联连接的并且连接至开关单元的变换器模块电容来分别提供变换器模块电容电压，其中，借助开关单元依赖于开关单元的各自开关状态来将变换器模块电容之一的变压器模块电容电压或串联连接的转换器模块电容的总电压切换到变换器模块端口。关于用于运行具有按照本专利技术的变换器模块的多电平能量变换器的方法，尤其提出的是，根据用于运行变换器模块的根据本专利技术的方法来运行变换器模块。借此，可以以简单的方式实现，变换器模块的变换器模块电容的变换器模块电容电压能够被调整、尤其是能够被保持为基本上相同。此外，本方法可以以简单的方式与已经可用的用于调整不同变换器模块的变换器模块电容的电压的方法进行组合，使得可以以较小的开销实现多电平能量变换器的控制。最后，关于用于运行多电平能量变换器的方法，尤其提出的是，分别根据按照本专利技术的用于运行变换器模块的方法来成对地运行变换器电路的两个彼此相邻连接的变换器模块，所述变换器模块分别具有变换器模块电容。在本专利技术的该构造中，可以借助按照本专利技术的方法来改进多电平能量变换器。为此目的，共同地控制每两个相邻的串联连接的分别具有变换器模块电容的变换器模块。通过以应用于变换器电路的分别构造的变换器模块对的方式，应用按照本专利技术的运行变换器模块的方法，可以简化和/或加速多电平能量变换器的运行。在本专利技术意义下，作为低压，尤其要被理解为根据2006年12月12日欧洲议会和参议会的用于调整成员国法规的2006/95/EG条例的定义，即电气设备(elektrischerBetriebsmittel)要应用在特定电压极限之内。但是本专利技术并不局限在该电压范围内，而是也可以使用在中压的范围内，所述中压范围可以包含大于1kV直到包含52kV之间的电压范围。本质上，本专利技术自然也可以使用在高压范围内。借助按照本专利技术的变换器模块或按照本专利技术的多电平能量变换器或按照本专利技术的用于运行变换器模块的方法，可以从交变电压端口向直流电压端口传输电能，或者反过来也可以。多电平能量变换器进行相应的变换。为此目的，在多电平能量变换器的直流电压中间电路处，变换器电路与串联电路相连接，所述串联电路包含多个串联连接的变换器模块。当然，在直流电压中间电路处，也可以优选并联地连接两个或三个或更多个这样的变换器电路。借助变换器电路来实施电能的变换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多电平能量变换器(10)的变换器模块(1)，其具有两个变换器模块端口(11，12)、一个开关单元(13)和一个用于控制开关单元(13)的开关状态的控制端口，其中，开关单元(13)提供变换器模块(1)的两个变换器模块端口(11，12)和控制端口，其特征在于，两个串联连接的变换器模块电容(8，9)，所述变换器模块电容连接至开关单元(13)，其中，变换器模块电容(8，9)中的每一个分别提供变换器模块电容电压，其中，开关单元(13)被布置，使得依赖于开关单元(13)的各自开关状态来将变换器模块电容(8，9)之一的变换器模块电容电压或串联连接的变换器模块电容(8，9)的总电压接通到变换器模块端口(11，12)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.24 DE 102015205267.21.一种用于多电平能量变换器(10)的变换器模块(1)，其具有两个变换器模块端口(11，12)、一个开关单元(13)和一个用于控制开关单元(13)的开关状态的控制端口，其中，开关单元(13)提供变换器模块(1)的两个变换器模块端口(11，12)和控制端口，其特征在于，两个串联连接的变换器模块电容(8，9)，所述变换器模块电容连接至开关单元(13)，其中，变换器模块电容(8，9)中的每一个分别提供变换器模块电容电压，其中，开关单元(13)被布置，使得依赖于开关单元(13)的各自开关状态来将变换器模块电容(8，9)之一的变换器模块电容电压或串联连接的变换器模块电容(8，9)的总电压接通到变换器模块端口(11，12)。2.根据权利要求1所述的变换器模块，其特征在于，开关单元(13)被构造，以便根据开关单元(13)的各自开关状态来改变接通到变换器模块端口(11，12)的电压的极性。3.根据权利要求1或2所述的变换器模块，其特征在于，设置开关单元(13)，以便依赖于开关单元(13)的各自开关状态来电短接变换器模块端口(11，12)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的变换器模块，其特征在于，开关单元(13)具有四个半导体开关(2，3，4，5)，其中分别两个被串联并且形成串联电路(14，15)，其中，两个串联电路(14，15)被并联连接并且串联电路(14，15)之一的各自中间端口分别提供变换器模块端口(11，12)之一。5.根据权利要求4所述的变换器模块，其特征在于，开关单元(13)具有两个另外的半导体开关(6，7)，其一个端口分别连接至在两个串联电路(14，15)的一个连接点(16)处，其中，两个串联电路(14，15)的另一连接点连接至串联连接的变换器模块电容(8，9)，其中，两个另外的半导体开关之一(7)的另一端口连接至串联连接的变换器模块电容(8，9)的无串联电路的连接点(17)并且两个另外的半导体开关中的另一个(6)的另一端口连接至通过串联连接的变换器模块电容(8，9)所形成的中间端口(18)。6.根据权利要求1至3中任一项所述的变换器模块，其特征在于，开关单元具有两个半导体开关，所述两个半导体开关串联连接并且形成串联电路，其中，串联电路的中间端口提供变换器模块端口之一，并且其中，串联电路与串联连接的变换器模块电容的连接点提供变换器模块端口中的另一个。7.根据权利要求6所述的变换器模块，其特征在于，开关单元具有两个另外的半导体开关，其分别将其一个端口连接至在串联电路的无变换器模块端口的连接点处，并且其中，两个另外的半导体开关之一的另一端口连接至串联连接的变换器模块电容的无变换器模块端口的连接点并且两个另外的半导体开关的另一个的另一个端口连接至通过串联连接的变换器模块电容所形成的中间端口。8.一种用于变换电能的多电平能量变换器(10)，具有用于供给待变换的电能的一个端口(19)和用于送出经变换的电能的另一端口(20)，其中，多电平能量变换器(10)具有变换器电路(21)，其连接至多电平能量变换器(10)的两个端口的第一个(19)并且其包含多个串联连接的变换器模块(1)并且其提供与所述端口中的第二个相耦合的中间端口(22)，其中，变换器电路(21)的变换器模块(1)连接至控制单元以便控制，所述控制单元控制变换器模块(1)以便变换电能，其特征在于，根据上述权利要求中的任一项来构造变换器...

【专利技术属性】
技术研发人员：G蒙达尔，M诺伊迈斯特，S尼勒博克，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE