电力转换器制造技术

一种电力转换器(1)包括多个开关单元分支。转换器(1)的第一级(2)、第二级(3)和第三级(4)串联连接。第一级(2)包括连接在第一输出节点(23)和两个第一输入节点(24、25)之间的第一正分支(21)和第一负分支。第二级(3)包括三个输入节点(37、38、39)以及正单元和负单元(31、32)，各自连接在第一输入节点和两个第二输入节点(37、38、39)之间。第三级(4)包括连接在三个第二输入节点(37、38、39)和三个第三输入节点(44、45、46)之间的第三正中间分支和第三负分支(41、42、43)。电容器(51、52、53、54)连接在三个第二输入节点之间和三个第三输入节点之间。

Power converter

An electric power converter (1) includes a plurality of switch unit branches. The first stage (2), the second stage (3) and the third stage (4) of the converter (1) are connected in series. The first stage (2) includes a first positive branch (21) and a first negative branch connected between the first output node (23) and the two first input nodes (24, 25). The second stage (3) comprises three input nodes (37, 38, 39) and positive and negative cells (31, 32), each connected between the first input node and the two second input nodes (37, 38, 39). The third stage (4) includes a third positive intermediate branch and a third negative branch (41, 42, 43) connected between the three second input nodes (37, 38, 39) and the three third input nodes (44, 45, 46). Capacitors (51, 52, 53, 54) are connected between the three second input nodes and the three third input nodes.

【技术实现步骤摘要】
电力转换器
本专利技术涉及一种电力转换器，其用于连接在DC电压源和AC电压源之间，并且在AC侧提供多个电压电平。
技术介绍
可逆电力转换器通常连接在DC正端子、DC负端子和多个AC端子之间，例如三个AC端子。每个AC端子处的电压通过转换器的相应相位部分来控制，该相位部分在结构上与其他相位部分相同并且独立于其他相位部分。为简单起见，将参考一个AC端子描述已知转换器和本专利技术的转换器。转换器在AC端子处提供不是正弦的输出电压，因为它根据有限数量的电压电平而变化。这产生对AC电压的质量有害的高频谐波分量，并且通常需要适当的谐波滤波器。在AC端子处输出的电压电平通常是DC正端子和负端子的电压电平，并且可选地是多个中间电压，例如DC正端子和负端子之间的平均电压。通过增加转换器输出的电压电平的数量可以减少高频分量。以这种方式，AC电压的质量得以改善，并且滤波器的成本可以降低。文章“Lossbalancinginthree-levelvoltagesourceinvertersapplyingactiveNPCswitches(应用有源NPC开关的三电平电压源逆变器中的损耗平衡)”(T.Bruckner，S.Bernet，2001年6月17-21日)公开了一种有源中性点钳位转换器(ANPC转换器)。在ANPC转换器中，正电容器和负电容器串联连接在DC电源的端子之间，并且它们在之间提供中性点。正单元和负单元连接到正电容器和负电容器，并且选择器连接在正单元和负单元的下游。ANPC转换器输出三个电压电平，即DC正端子和负端子以及中性点的电压。美国专利US7292460公开了对ANPC转换器的改进，其中正单元、负单元和选择器可以包括许多电容器和多对开关单元。开关单元各自包括具有反并联二极管的可控开关。通过适当的控制，可以将电容器的电压添加到ANPC转换器的典型输出电压或从ANPC转换器的典型输出电压中减去电容器的电压。由此增加了输出电压电平的数量。美国专利US6958924公开了一种堆叠式多单元转换器(SMC转换器)，其中数个级的开关单元连接在DC电源和AC电源之间。在每个单元中提供两个开关单元，这两个开关单元被控制为始终处于相反的状态。这些级限定了两个端部开关单元组和对于相邻级是共用的至少一个中间开关单元组。电容器并联连接到这些级的开关单元，并且它们的电压从AC电源到DC电源增加。所有级都在AC端子处短路。美国专利US7313008公开了一种转换器，其具有由二极管组成的两个端部开关组和包括两个可控开关的中间开关组。电容器在DC侧连接开关组，而至少端部开关组在AC端子处短路。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种灵活可靠的多电平转换器。本专利技术的另一个目的是减少与电力转换相关的电力损耗。利用根据任何所附权利要求的电力转换器实现这些和其他目的。附图说明根据本专利技术的转换器的更多特征和优点将由以下对本专利技术优选实施例的详细描述得出，其在附图中作为非限制性示例示出，其中：-图1示出了根据本专利技术第一实施例的转换器的方案，-图2示出了根据本专利技术第二实施例的转换器的方案，-图3示出了根据本专利技术第三实施例的转换器的方案，-图4示出了根据本专利技术的更普遍的第四实施例的转换器的方案，以及-图5显示了图4的转换器，其中突出显示了其他细节。具体实施方式参考附图，利用附图标记1来全局表示电力转换器。转换器1包括多个分支21、22、33、34、35、36、41、42、43。现在将分支41描述为所有分支的示例，同时在下面描述分支的连接。分支41包括一个或多个串联连接的开关单元414、415，并且在一些实施例中还包括416、417。每个开关单元，例如开关单元414，包括可控开关414a和反并联连接至该可控开关414a的二极管414b。在本说明书中，反并联连接指的是在二极管414b和可控开关414a中流动的电流的方向。特别地，如果可控开关414a处于接通状态，则沿第一方向在开关单元414中流动的电流将流过可控开关414a。相反，如果可控开关414b处于关闭状态，则开关单元414被配置为停止第一方向的电流。此外，在与第一方向相反的第二方向上在开关单元414中流动的电流将流过二极管414b。可选地，分支41被细分为开关组411、412，即分支41包括多个开关组411、412。每个开关组411、412又包括一个或多个开关单元，例如开关组411中的开关单元414、415和开关组412中的开关单元416、417。然而，从整个说明书和附图中将清楚的是，分支也可以仅由一个开关单元组成，其与一个开关组一致。转换器1包括第一级2、第二级3和第三级4。级2、3、4串联连接，特别是第二级3连接第一级2和第三级4。每个级2、3、4包括多个分支、输入节点和输出节点，以及可选的电容器和其他节点。分支、节点和电容器将根据其级2、3、4的名称而通常被命名为第一、第二或第三。但是，这不适用于特定分支的开关单元。在转换器1的使用期间，例如AC负载或电源的AC网络的一部分可以连接到第一级2的第一输出节点23。此外，例如DC负载或电源的DC网络可以连接到第三级4的第三正输入节点44和第三负输入节点46。然而，其他电气组件可以连接到转换器1与任何外部网络之间的所述节点。由于级2、3、4串联连接，所以第一级2的输入节点24、25连接到第二级3的输出节点，或者换句话说，与第二级3的输出节点一致(附图中对于它们使用相同的附图标记)。类似地，第二级3的输入节点37、38、39连接到第三级4的输出节点或与第三级4的输出节点一致。当转换器1连接到所提到的AC和DC网络并且转换器1被控制为逆变器时，电力平均地从相关的输入节点到输出节点流过每个级2、3、4。然而，术语“输入”和“输出”仅旨在指定级2、3、4的一些特定元件，并且不将权利要求的范围限制为转换器1的特定用途。事实上，转换器1在通常是可逆转换器，并且它也可以用作整流器，其中电力平均地从每个级2、3、4的输出节点流到输入节点。第一级2包括第一正分支21和第一负分支22。第一正分支21连接在第一输出节点23和第一正输入节点24之间，而第一负分支22连接在第一输出节点23和第一负输入节点25。第二级3包括正单元31和负单元32。正单元31连接到第二正输入节点37、第二中间输入节点38和第一正输入节点24，该第一正输入节点24也构成第二正输出节点。此外，负单元32连接到第二中间输入节点38、第二负输入节点39和第一负输入节点25，该第一负输入节点25构成第二负输出节点。应注意，正单元31和负单元32都在第二中间输入节点38处连接。更详细地，正单元31包括第二正端分支33和第二正中间分支34。第二正端分支33连接在第一正输入节点24和第二正输入节点37之间，并且第二正中间分支34连接在第一正输入节点24和第二中间输入节点38之间。类似地，负本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力转换器(1)，包括多个分支，每个分支包括一个或多个串联连接的开关单元，每个开关单元包括可控开关和与所述可控开关反并联连接的二极管，所述转换器(1)包括：第一级(2)、第二级(3)和第三级(4)，第一、第二和第三级(2、3、4)串联连接，其中：/n-第一级(2)包括连接在第一输出节点(23)和第一正输入节点(24)之间的第一正分支(21)，以及连接在第一输出节点(23)和第一个负输入节点(25)之间的第一负分支(22)，/n-第二级(3)包括：/n-正单元(31)，所述正单元(31)包括连接在第一正输入节点(24)和第二正输入节点(37)之间的第二正端分支(33)，以及连接在第一正输入节点(24)和第二中间输入节点(38)之间的第二正中间分支(34)，/n-负单元(32)，所述负单元(32)包括连接在第一负输入节点(25)和第二中间输入节点(38)之间的第二负中间分支(35)，以及连接在第一负输入节点(25)和第二负输入节点(39)之间第二负端分支(36)，/n-连接在第二正输入节点(37)和第二中间输入节点(38)之间的第二正电容器(51)，以及连接在第二中间输入节点(38)和第二负输入节点(39)之间的第二负电容器(52)，/n-第三级(4)包括：/n-连接在第二正输入节点(37)和第三正输入节点(44)之间的第三正分支(41)，/n-连接在第二中间输入节点(38)和第三中间输入节点(45)之间的第三中间分支(42)，/n-连接在第二负输入节点(39)和第三负输入节点(46)之间的第三负分支(43)，/n-连接在第三正输入节点(44)和第三中间输入节点(45)之间的第三正电容器(53)，以及连接在第三中间输入节点(45)和第三负输入节点(46)之间的第三负电容器(54)。/n...

【技术特征摘要】
20180523 EP 18173847.71.一种电力转换器(1)，包括多个分支，每个分支包括一个或多个串联连接的开关单元，每个开关单元包括可控开关和与所述可控开关反并联连接的二极管，所述转换器(1)包括：第一级(2)、第二级(3)和第三级(4)，第一、第二和第三级(2、3、4)串联连接，其中：
-第一级(2)包括连接在第一输出节点(23)和第一正输入节点(24)之间的第一正分支(21)，以及连接在第一输出节点(23)和第一个负输入节点(25)之间的第一负分支(22)，
-第二级(3)包括：
-正单元(31)，所述正单元(31)包括连接在第一正输入节点(24)和第二正输入节点(37)之间的第二正端分支(33)，以及连接在第一正输入节点(24)和第二中间输入节点(38)之间的第二正中间分支(34)，
-负单元(32)，所述负单元(32)包括连接在第一负输入节点(25)和第二中间输入节点(38)之间的第二负中间分支(35)，以及连接在第一负输入节点(25)和第二负输入节点(39)之间第二负端分支(36)，
-连接在第二正输入节点(37)和第二中间输入节点(38)之间的第二正电容器(51)，以及连接在第二中间输入节点(38)和第二负输入节点(39)之间的第二负电容器(52)，
-第三级(4)包括：
-连接在第二正输入节点(37)和第三正输入节点(44)之间的第三正分支(41)，
-连接在第二中间输入节点(38)和第三中间输入节点(45)之间的第三中间分支(42)，
-连接在第二负输入节点(39)和第三负输入节点(46)之间的第三负分支(43)，
-连接在第三正输入节点(44)和第三中间输入节点(45)之间的第三正电容器(53)，以及连接在第三中间输入节点(45)和第三负输入节点(46)之间的第三负电容器(54)。


2.根据权利要求1所述的转换器(1)，其中：
-第三正分支(41)、第三负分支(43)和第三中间分支(42)各自包括多个开关组(411、412、421、422、431、432)，每个开关组(411、412、421、422、431、432)包括一个或多个开关单元，开关组(411、412、421、422、431、432)在一个或多个第三连接节点(413、423、433)处在每个相应的分支(41、42、43)中相互串联连接，
-第三级(4)包括连接在第三正分支(41)和第三中间分支(42)的相应第三连接节点(413、423)之间的一个或多个第三正连接电容器(58)，以及连接在第三中间分支(42)和第三负分支(43)的相应第三连接节点(423、433)之间的一个或多个第三负连接电容器(59)。


3.根据权利要求1或2所述的转换器(1)，其中：
-第二正端分支(33)、第二正中间分支(34)、第二负中间分支(35)和第二负端分支(36)各自包括多个开关组(331、332、341、342、351、352、361、362)，每个开关组(331、332、341、342、351、352、361、362)包括一个或多个开关单元，开关组(331、332、341、342、351、352、361、362)在一个或多个第二连接节点(333、343、353、363)处在每个相应的分支(33、34、35、36)中相互串联连接，
-第二级(3)包括连接在第二正端分支(33)和第二正中间分支(34)的相应第二连接节点(333、343)之间的一个或多个第二正连接电容器(56)，以及连接在第二负中间分支(35)和第二负端分支(36)的相应第二连接节点(353、363)之间的一个或多个第二负连接电容器(57)。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的转换器(1)，其中：
-第一正分支(21)和第一负分支(22)各自包括多个开关组(211、212、221、222)，每个开关组(211、212、221、222)包括一个或多个开关单元，开关组(211、212、221、222)在一个或多个第一连接节点(213、223)处在每个相应的分支(21、22)中相互串联连接，
-第一级(2)包括连接在第一正分支(21)和第一负分支(22)的相应第一连接节点(213、223)之间的一个或多个第一连接电容器(55)。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的转换器(1)，其中第三正电容器和第三负电容器(53、54)被充电到第一电压，并且第二正电容器和第二负电容器(51、52)被充电到第二电压，所述第二电压是所述第一电压的分数。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的转换器(1)，其中第三中间分支(42)包括第一开关单元(424)和第二开关单元(425)，所述第一开关单元(424)用于停止沿第一方向流动的电流，所述第二开关单元(425)停止沿与第一方向相反的第二方向流动的电流。


7.根据权利要求6所述的转换器(1)，其中第三正分支和第三负分支(41、43)各自包括第一开关单元(414、434)和第二开关单元(415、435)，其中第三正分支、第三负分支和第三中间分...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪尧姆·加托，蒂埃里·梅纳尔，詹卢卡·波斯蒂廖内，乔瓦尼·博尔盖蒂，达尼埃莱·法尔基，
申请(专利权)人：尼得科安萨工业系统有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT