电压源转换器制造技术

一种Ｍ２ＬＣ型电压源转换器具有开关单元（７）的串联连接，其中每个开关单元一方面具有串联连接的至少两个半导体组件，每个半导体组件具有关断型半导体器件和与之并联连接的续流二极管，每个开关单元另一方面具有至少一个储能电容器（２０）。开关单元的该串联连接的一个第一端（６１）连接到处于高电压电势的直流电压极（５），开关单元的该串联连接的相对端（６２）连接到该转换器的相输出（１０）。结构（７０）被配置成将相输出（１０）连接到该转换器的直流电压侧的处于中性电压电势的另一所述极（６），并将相对于所述中性电势为正和负的电压脉冲递送到所述相输出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电压源转换器
和
技术介绍
本专利技术涉及一种电压源转换器，该电压源转换器具有至少一个相臂(phase leg), 该至少一个相臂连接到该转换器的直流电压侧的彼此相反的极，该至少一个相臂包括开关 单元的串联连接，每个所述开关单元一方面具有串联连接的至少两个半导体组件，每个半 导体组件具有关断型半导体器件和与之并联连接的续流二极管(free-wheeling diode), 每个开关单元另一方面具有至少一个储能电容器，该转换器的相输出被配置成连接到沿着 开关单元的所述串联连接形成的、该转换器的交流电压侧，每个所述开关单元被配置成通 过对每个开关单元的所述半导体器件的控制来获得两个开关状态，即，第一开关状态和第 二开关状态，其中所述至少一个储能电容器上的电压和零电压分别施加在开关单元的端子 之间，以便在所述相输出上获得确定的交流电压。这种具有任何数目的所述相臂的转换器在本专利技术的范围之内，但是其通常具有三 个这种相臂，以使其交流电压侧有三相交流电压。该类型的电压源转换器可用于如下各种情况，S卩，其中要将直流电压转换成交流 电压以及将交流电压转换成直流电压，其中这种应用的例子是在HVDC(高压直流电流)电 厂的电站中，其中通常将直流电压转换成三相交流电压或者将三相交流电压转换成直流电 压，或者在所谓背对背电站中，其中首先将交流电压转换成直流电压、然后将该直流电压转 换成交流电压，以及在SVC(静态无功补偿器)中，其中直流电压侧由一个或多个自由悬挂 (hanging freely)的电容器构成。然而，本专利技术不限于这些应用，而是还可考虑其它应用， 比如应用于机器、车辆等的不同类型的驱动系统。通过例如DE 101 03 031 Al和WO 2007/023064 Al 了解该类型的电压源转换器。 如这些文献中所公开的，该类型的电压源转换器通常被称为多单元转换器或M2LC。参考这 些文献来获知该类型的转换器的功能。该转换器的所述开关单元可具有与所述文献中所示 外观不同的外观，例如，每个开关单元可以具有多于一个的所述储能电容器，只要可以控制 该开关单元在引言中提到的两个状态之间切换即可。通过US 5 642 275 了解用在静态无功补偿器中的该类型的另一个电压源转换 器，其中开关单元具有呈所谓全桥(比如所谓H桥)形式的不同外观。本专利技术主要地但非排他地涉及这种被配置成传输高功率的电压源转换器，因此下 文中将主要讨论传输高功率的情形来予以说明，但不以任何方式将本专利技术局限于此。当使 用这种电压源转换器来传输高功率时，这也意味着处理高电压，且转换器的直流电压侧的 电压由开关单元的所述储能电容器上的电压决定。这意味着相对大数目的这种开关单元将 被串联连接，因为大数目的半导体器件(即，所述半导体组件)将串联连接在每个所述开关 单元中，且当所述相臂中的开关单元数目相对大时，该类型的电压源转换器特别引人关注。 串联连接的大数目的这种开关单元意味着可以控制这些开关单元在所述第一和第二开关 状态之间改变并由此已经在所述相输出获得非常接近正弦电压的交流电压。这已经可以利 用显著低于DE 101 03 031 Al中的图1中所示的类型的已知电压源转换器中典型使用的 开关频率的开关频率来获得，该已知电压源转换器具有至少一个关断型半导体器件和与之反并联连接的至少一个续流二极管。这使得可以获得显著更低的损耗并且还可以显著减少 无线电干扰以及滤波和谐波电流的问题，从而可以使用于其的设备的成本更低。该类型的已知电压源转换器呈现对称态，这意味着其直流电压侧的两个极相对于 地具有相同的电压并且其间是AC电压。然而，在某些情形下，在转换器的所述相输出和连 接到所述相输出的交流电压网络或线之间无变压器而进行操作可能令人关注，且如果来自 转换器的交流电压与所述网络中的交流电压相同，则直接连接到网络通常没有大问题。然而，M2LC型的已知转换器不允许无任何变压器或仅通过使用自动连接的变压器 而进行单极操作，于是不得不使用伴随有相当高成本的变压器，尽管转换器的直流电压侧 和交流电压侧的电压电平照此将不需要任何变压器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在引言中定义的类型的电压源转换器，其无需变压器就 实现了单极操作。根据本专利技术，该目的是通过提供这样的转换器实现的，其中所述彼此相反的极中 的一个是连接到所述直流电压侧的高电压电势的高电压电势极，而所述彼此相反的极中的 另一个是连接到所述直流电压侧的中性电压电势的中性电势极；在开关单元的所述串联连 接中，其第一端被配置成连接到所述高电压电势极，而第二端被配置成连接到所述相输出， 且该转换器还包括被配置成将所述相输出连接到所述中性电势极并将相对于所述中性电 压电势为正和负的电压脉冲递送到所述相输出的结构。通过将连接在直流电压侧的高电压电势和转换器的相输出之间的转换器部分作 为M2LC转换器的所谓阀分支(valve branch)，并通过使将相输出连接到另一极的转换器 部分由被配置成连接到中性电势的结构构成，并通过允许由此递送到所述相输出的电压脉 冲为正和负的，该类型的转换器的单极操作可以无需变压器而进行，从而可以节省成本。这 样，由此可以将电流从所述结构传导到所述相输出以及以相反的方向传导。应指出，施加在转换器的相输出上的交流电压是通过从高电压电势极施加的一个 符号的电压脉冲与由所述结构施加的电压脉冲之间的电势差形成的，其中从高电压电势极 施加的电压脉冲仅为正的或仅为负的，而由所述结构施加的电压脉冲可以为正或负的。此外，应指出，尽管根据本专利技术的转换器无需变压器就实现了单极操作，但是变压 器(比如特别是自动连接的变压器)可以连接在所述相输出和交流电压网络或线之间。根据本专利技术的一个实施例，通过将所述结构配置成递送在所述中性电势的正负两 侧具有相同的最大幅度的所述电压脉冲，所述结构关于所述中性电势对称。这适合于该转 换器的简单可靠的操作。根据本专利技术的另一个实施例，所述结构被配置成将所述相输出连接到接地的所述 中性电势极。这是规定中性电势的适合方式。根据本专利技术的另一个实施例，该转换器包括控制单元，该控制单元适于控制该转 换器以便在所述相输出上获得所述确定的交流电压，所述确定的交流电压的峰值电压处于 所述高电压电势极上的相对于地的高电压电势的1/3至2/3之间，优选为所述高电压电势 的约1/2。已经证明，该峰值交流电压与相对于地的所述高电压电势的电压的约1/2的关系 导致这种转换器对于固定的额定功率而言具有最低的可能成本。根据本专利技术的另一个实施例，所述结构被配置成将在相对于所述中性电势的最大 峰值之间变化的所述电压脉冲递送到所述相输出，所述最大峰值基本上对应于所述相输出 上的待由转换器递送的交流电压的峰值。所述结构的这种配置特别是当上面提到的所述关 系占优时是优选的，因为这使得适合于通过将来自转换器的两个阀分支的电压脉冲或电势 相加以得到用于获得目标交流电压的电压脉冲，在所述相输出上获得目标交流电压。根据本专利技术的另一个实施例，所述结构包括至少一个H桥，该H桥包括并联连接的 两个开关元件，每个开关元件具有串联连接的至少两个半导体组件，每个半导体组件具有 关断型半导体器件和与之并联连接的续流二极管，该H桥还具有与所述开关元件并联连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压源转换器，所述电压源转换器具有至少一个相臂，所述至少一个相臂连接到所述转换器的直流电压侧的彼此相反的极（５、６），所述至少一个相臂包括开关单元（７、７’）的串联连接，每个所述开关单元一方面具有串联连接的至少两个半导体组件，每个半导体组件具有关断型半导体器件（１６、１７）和与之并联连接的续流二极管（１８、１９），每个所述开关单元另一方面具有至少一个储能电容器（２０），所述转换器的相输出（１０）被配置成连接到沿着开关单元的所述串联连接形成的、所述转换器的交流电压侧，每个所述开关单元（７、７’）被配置成通过对每个开关单元的所述半导体器件的控制来获得两个开关状态，即，第一开关状态和第二开关状态，其中所述至少一个储能电容器上的电压和零电压分别施加在所述开关单元的端子之间，以便在所述相输出上获得确定的交流电压，其特征在于，所述彼此相反的极中的一个（５）是连接到所述直流电压侧的高电压电势的高电压电势极，所述彼此相反的极中的另一个（６）是连接到所述直流电压侧的中性电压电势的中性电势极（６），且其特征在于，开关单元的所述串联连接的第一端（６１）被配置成连接到所述高电压电势极（５），开关单元的所述串联连接的第二端（６２）被配置成连接到所述相输出（１０），且所述转换器还包括结构（７０），所述结构（７０）被配置成将所述相输出（１０）连接到所述中性电势极（６）并将相对于所述中性电压电势为正和负的电压脉冲递送到所述相输出（１０）。...

【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：贡纳尔阿斯普隆德，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[]