一种具有变压器和功率转换器或逆变器的多电平电压装置，包括一个或多个可连接到电源的共用DC链路，所述装置包括连接到所述共用DC链路的第一组H桥，其中所述H桥中的每一个均包括连接到位于变压器初级侧的线路端部的至少两个节点，其中控制装置适于控制这些H桥，以在所述H桥的第一节点和第二节点之间获得多电平电压信号。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于发电机的多电平功率转换器拓扑结构和装置，优选地用于风力轮机应用中。
技术介绍
已知有多种电压源转换器采用H桥拓扑结构。H桥被用于获得多电平波形。H桥由多个不同的开关元件来驱动。所述开关的打开和闭合状态决定了连接到其上的负载绕组的输出电压。然而，它们的使用仅限于DC/DC转换器系统应用或者单相AC应用中。对于串联有源滤波器、动态电压恢复器和静态同步补偿器(statcom)相关的应用场合，已知的具有H桥拓扑结构和架构的三相应用采用AC侧绝缘变压器应用结构。这些应用已经在多篇公开文献中有所描述。串联有源滤波器可在F. Z. Peng, H. Agaki, A. Nabase 的公开文章"A new approach to harmonic compensation in powersystems-a combined system of shunt passive and series active filters，，中找到，该文章发表于 IEEE Trans, on Ind. Applications，第 26 卷，第 6 期，第 983-990 页，1990 年11月/12月。动态电压恢复器已在H.Kim, S. K. Sul 的公开文章‘‘Compensation voltagecontrol in dynamic restorers by use of feed forward and state feedback scheme，，中有所描述，该文章发表于 IEEE Trans, on power electronics,第 20 卷，第 5 其月，第 1169-1177 页， 2005年9月。现有技术中的例子给出了电压型多电平转换器的拓扑结构，这种结构需要采用大量的元件，并且难以实现和控制。此外，所述装置还要求具有高直流电压值的共用DC链路之间的相互作用。现有技术中采用的两电平拓扑结构表现出过度的谐波特性。其中的总谐波畸变 (THD)达不到这种系统的最佳要求。本专利技术的一个目的是，提供一种用于发电机的功率转换器拓扑结构和装置，优选地用于风力轮机应用场合，其表现出最佳的谐波减小特性，并且它还具有简单的结构和拓扑构造。本专利技术的另一个目的是，提供一种多电平转换器和逆变器拓扑结构，其可采用独立于所选择电平数目的控制算法、方法和硬件。因此，进一步的优点是，现有的控制系统可重新用于这种新的拓扑结构。此外，本专利技术的另一个目的是，提供一种多电平装置，其需要较少数目的DC母线。 理想状态下，设置为共用DC链路的单DC母线就足以满足要求。
技术实现思路
本专利技术设计一种具有变压器和功率转换器或逆变器的多电平(level)电压装置， 该功率转换器或逆变器包括连接到电源的一个或多个共用DC链路，其中所述装置包括至少一组连接到所述共用DC链路的H桥。每个所述H桥包括至少一个第一节点和第二节点，以及至少一个变压器包括初级侧，该初级侧具有至少一个绕组，该绕组具有设计为开口端结构并且可从变压器的外部接触到的第一端和第二端。该装置进一步具有连接到所述H 桥的第一节点的所述绕组的第一端，以及具有连接到所述第二输出节点的所述绕组的第二端。还设置一种控制装置，该控制装置适于控制这些H桥，以在所述H桥的第一节点和第二节点之间获得多电平电压信号。术语功率转换器应当被广义地理解为包括功率逆变器。一般地，DC和AC系统之间的任何转换都应落在本术语的定义范围内，而不管相应的功率输入或功率输出具有何种频率或波形。该功率装置还可包括适于在所述H桥的第一节点和第二节点之间实现三电平电压输出的控制装置。进一步的，系统的功率装置可被构建为单DC母线。进一步的，共用DC 链路可具有适于连接到DC电源的输入端，该DC电源优选地被构建为一个或多个太阳能电池。在所述第一组H桥的第一和第二节点与所述变压器绕组的第一和第二端之间，可以设置电感滤波器。所述滤波器减小瞬态、尖峰以及不希望的谐波特性或THD。背靠背拓扑结构具有特有的优点。它们具有第二组H桥，该H桥具有可连接到绕组对应于发电机的第一和第二端的第一和第二节点，其中所述第二组H桥连接到所述共用 DC链路，以与所述第一组H桥实现背靠背结构。变压器一般具有次级侧，该次级侧优选地包括三角形或星形结构的绕组，它们可直接地连接到输电线或输电网。本拓扑结构还可用于静态同步补偿器应用中。在这些应用中，变压器的次级侧连接到所述电网并适于从其接收功率，其中该控制装置适于将能量存储于包括在所述共用DC 链路中的电容器或蓄电池中，并且所述控制装置适于将所述存储的能量传输回电网。因此， 所述转换器可用作无功电源或无功能量吸收器(power sink)。本专利技术中也可包括控制系统。用于功率发电机或逆变器的控制装置包括如前所述的功率装置、用于在共用DC链路处测量电压电平的装置、用于在输出端从第一组H桥测量电流和电压电平的装置，其中用于控制所述第一组H桥的切换操作的所述控制装置被设置为基于在共用DC链路处测得的电压电平、以及在输出端处从所述第一组H桥测得的电流和电压电平实施控制。附图说明图1示出了并联设置的m级三电平背靠背全功率转换器，其中该转换器连接到发电机。图2示出了一个三电平背靠背全功率转换器。图3示出了用于光伏系统的一个三电平功率转换器。图4示出了用于静态同步补偿器应用的一个三电平功率转换器。图5示出了用于一个三电平背靠背功率转换器的控制结构。具体实施例方式图1示出了用于发电和功率变换的具有并联m级的装置，其中m为自然数。在许多应用场合中，都需要处理大量的发电功率。非限制性的例子包括直接驱动应用场合，其中风力轮机轴直接地将功率从转子传输到电气功率转换器。为了处理大规模的功率，多个电气转换器并联地设置。m级中的每一级负责处理总功率的一部分，以便不超过它们的正常额定值，特别是与半导体开关相连的那些额定值，以免产生元件损坏。发电机(gen)优选地为风力轮机。来自转换器的定子绕组连接到第二电压源转换器(VSC2)，该转换器被构造为多电平H桥。电网滤波器可设置在定子绕组的输出端以限制 dv/dt，其被称作为发电机(gen)中电压时间导数的较大值。定子中的绕组采用开口端结构。这意味着绕组端部是可视的，并且其可直接地连接到定子外部的电路。这种结构不同于常规的星形或三角形绕组结构。第二电压源转换器(VSU)连接到共用DC链路。所述链路通常被实施为单DC母线(DC Bus)。该模块有利地可具有过电压或过电流保护模块，也称作限流器电路。共用DC链路(DC母线)连接到第一电压源转换器，其实现为多电平H桥特别是三电平电压转换器。所述H桥的拓扑结构为具有来自第二电压转换器(VSC^)的H桥的背靠背结构。第一电压转换器(VSCl)和第二电压转换器(VSC2)连接到相同的共用DC链路，优选是DC母线。该第一电压源转换器(VSCl)连接到变压器(T)的初级侧。所述初级侧将来自具有开口端绕组结构的并联m级中每一级的至少一个绕组集中到一起。这意味着所述绕组的端部都可连接到变压器(T)外部的电路和/或模块。有利的是，绝大部分构建在电感电路中的电网滤波器可设置在变压器之前。通常具有三角形或星形结构的所述变压器的次级侧优选地连接到输电网或网络的网上。图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：米格尔·阿尔瓦尔·马约尔，安德烈斯·阿古多·阿拉克，
申请(专利权)人：歌美飒创新技术公司，
类型：发明
国别省市：
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