采用可变电平逆变器的电力转换设备和方法技术

一种诸如不间断电源的电力转换设备，其包括第一和第二DC母线、中性节点以及被配置为耦接到负载的电感器。该设备进一步包括逆变器电路，该逆变器电路被耦接到第一和第二DC母线、耦接到中性节点以及耦接到电感器，并且被配置为将第一和第二DC母线以及中性节点选择性地耦接到电感器的第一端子以在电感器的第二端子处产生AC电压，以使得在所给出的AC电压的半周期中逆变器电路使用切换序列，其中第一DC母线、第二DC母线以及中性节点被连续地耦接到电感器的第一端子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的主题涉及电力转换电路和方法，以及更特别地涉及逆变器设备和方法。
技术介绍
UPS系统通常在诸如数据中心、医疗中心以及工业设施的装置中使用。UPS系统可在主要市电故障的情况下提供备用电力以保持操作的这些装置中使用。这些UPS系统通常具有“在线”结构，该结构包括通过DC链路耦接的整流器和逆变器，该DC链路同样被耦接到诸如电池、燃料电池或其它能量存储装置的辅助电源。UPS系统、电机驱动器和其它电力转换装置通常使用产生来自诸如整流器和/或电池的DC电源的AC输出的逆变器。可使用“双电平”桥逆变器来将这些DC母线选择性地连接到逆变器的输出以产生AC电压波形。多电平逆变器可提供在DC母线电压之间的额外电压。例如在Tamamachi等人的美国专利N0.5, 361, 196, Tanaka等人的美国专利N0.6，795，323，Nielsen等人的美国专利N0.6，838，925，Edwards等人的美国专利N0.7，145，268，以及Teichmann等人的美国专利N0.7，573，732中，描述了各种多电平逆变器电路。UPS可使用包括具有关于中性点的正电压和负电压的两个DC电压母线的分离的DC链路布置。采用分离的链路逆变器布置的潜在问题是诸如具有输入半波整流的负载的不平衡负载可导致关于负载中性点的DC链路母线电压的电压不平衡。可通过例如在Turnbull的美国专利N0.3，775，663和Johnson, Jr.等人的美国专利N0.6，314，007中所描述的平衡器电路来解决在馈入逆变器的DC母线中的不平衡。
技术实现思路
本专利技术主题的一些实施例提供电力转换设备，该电力转换设备包括第一和第二 DC母线、中性节点以及被配置为耦接到负载的电感器。该设备进一步包括逆变器电路，该逆变器电路被耦接到第一和第二 DC母线、耦接到中性节点以及耦接到电感器，并且被配置为将第一和第二 DC母线以及中性节点选择性地耦接到电感器的第一端子以在电感器的第二端子处产生AC电压，以使得在所给出的AC电压的半周期中逆变器电路使用切换序列，其中第一DC母线、第二 DC母线以及中性节点连续地耦接到电感器的第一端子。在一些实施例中，该逆变器电路可被配置为将该第一DC母线耦接到该电感器的第一端子以增加该AC电压的大小并且然后将该第二 DC母线耦接到该电感器的第一端子以对该电感器放电。该电感器的放电可抵消关于该中性节点的第一和第二 DC母线的不平衡。例如，电感器的放电可导致在该第一和第二 DC母线的相应母线以及该中性节点之间耦接的第一和第二电容器之间的电荷再平衡。在一些实施例中，该逆变器电路可被配置为将该第二 DC母线与该电感器的第一端子解耦，并且然后响应于在该电感器中的电流将该中性节点耦接到该电感器的第一端子。在一些实施例中，电力转换设备包括:第一和第二 DC母线；以及逆变器电路，该逆变器电路被耦接到该第一和第二 DC母线，并且耦接到该电感器的第一端子，并且被配置为在不同的逆变器电平操作模式之间选择性地转换以补偿关于中性节点的该第一和第二 DC母线的不平衡。该设备可进一步包括电感器，该电感器被配置为将该逆变器的输出耦接到负载，以及该逆变器电路可被配置为在逆变器电平模式之间转换以引导来自所述电感器的电流，以补偿所述不平衡。该逆变器电路可被配置为选择性地将来自该电感器的电流引导到在中性节点和该第一和第二 DC母线中的相应母线之间耦接的第一和第二电容。该逆变器电路可被配置为响应于在该电感器中的电流在逆变器电平模式之间转换。同样描述了相关的电力转换方法。【附图说明】图1是示出根据本专利技术主题的一些实施例的电力转换设备的示意图。图2是示出图1的电力转换设备的操作的图形。图3是示出图1的电力转换设备的操作的示意图。图4是示出根据本专利技术主题的另一实施例的不间断电源(UPS)的示意图。【具体实施方式】现将参考附图描述本专利技术主题的具体示例性实施例。然而，本专利技术主题可以以许多不同的形式来实施并且不应解释为限于在此说明的实施例；相反，提供这些实施例以使得本公开将是透彻和完整的，并且将全面地向本领域技术人员传达本专利技术主题的范围。在附图中，相同的标记指相同的元件。应该理解，当元件称为被“连接”或“耦接”到另一个元件时，它可以被直接连接或耦接到另一个元件或可能存在中间元件。如在此所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。在此使用的术语仅是为了描述特定实施例，并不是为了限制本专利技术主题。如在此所使用的，单数形式“一个”、“一”和“所述”可旨在包括复数形式，除非另外明确陈述。将进一步理解的是当在本说明书中使用时，术语“包括”、“含有”和/或“包含”指所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或附加。除非另外定义，否则在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有如对于本专利技术性主题的本领域普通技术人员所通常理解的相同含义。应该进一步理解，诸如在通常使用的字典中所定义的那些术语应解释为具有与在本说明书以及相关技术的上下文中它们的含义一致的含义，并且除非在此明确地定义，否则不应当以理想化或过度正式的方式来解释。图1示出根据本专利技术主题的一些实施例的电力转换设备100。该设备100包括第一和第二 DC母线115a、115b，它们具有与其关联的相应第一和第二 DC电压VDe+、VDe_。DC母线115a、115b可通过例如诸如电池、燃料电池或光伏装置的整流器电路和/或DC能量存储和/或产生装置来供电。可变模式逆变器电路110被耦接到第一和第二 DC母线115a、115b并且耦接到包括电感器Ltjut和电容器Ctjut的输出滤波器120。逆变器电路110在来自DC电压VDC+、VDC_的滤波器120的输出节点122处产生AC输出电压V()Ut。逆变器电路110包括在第一 DC母线115a和电感器Lwt之间耦接的晶体管Ql、Q2的第一串联连接对，以及在第二 DC母线115b和电感器Lrat之间耦接的晶体管Q3、Q4的第二串联连接对。相应的第一和第二二极管D1、D2将在相应对的晶体管之间的相应节点耦接到中性节点N。相应的电容器Cl、C2被耦接在第一和第二 DC母线115a、115b中的相应母线与中性节点N之间。应该理解，在图1中所示的晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的布置是传统上用于实现三电平逆变器的布置，在该逆变器中三个电压即DC母线电压W以及在中性节点N处的电压被施加到输出滤波器电感器L。#然而根据本专利技术主题的一些实施例，逆变器控制电路112控制晶体管Ql、Q2、Q3、Q4支持不同逆变器电平操作模式以使得逆变器电路110可补偿关于中性节点N的第一和第二 DC母线115a、115b的不平衡。根据一些实施例，逆变器控制电路112可将控制信号施加到晶体管Ql、Q2、Q3、Q4以使得在给出的AC输出电压V()Ut的半周期内，逆变器电路110在双电平逆变器模式和三电平逆变器模式之间选择性地转换。结合图1参考图2和图3，逆变器控制电路112可实现使输出电压V()Ut符合所需的AC电压波形的输出电压控制回路。在输出电压Vwt的正半周期210中，控制电路112可在第一周期211本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力转换设备，其包括：第一和第二DC母线；中性节点；电感器，其被配置为耦接到负载；以及逆变器电路，其被耦接到所述第一和第二DC母线，耦接到所述中性节点以及耦接到所述电感器，并且被配置为将所述第一和第二DC母线以及所述中性节点选择性地耦接到所述电感器的第一端子以在所述电感器的第二端子处产生AC电压，使得在所给出的所述AC电压的半周期中所述逆变器电路使用切换序列，其中所述第一DC母线、所述第二DC母线以及所述中性节点连续地耦接到所述电感器的所述第一端子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.11 US 13/105,7001.一种电力转换设备，其包括: 第一和第二 DC母线； 中性节点； 电感器，其被配置为耦接到负载；以及 逆变器电路，其被耦接到所述第一和第二 DC母线，耦接到所述中性节点以及耦接到所述电感器，并且被配置为将所述第一和第二 DC母线以及所述中性节点选择性地耦接到所述电感器的第一端子以在所述电感器的第二端子处产生AC电压，使得在所给出的所述AC电压的半周期中所述逆变器电路使用切换序列，其中所述第一 DC母线、所述第二 DC母线以及所述中性节点连续地耦接到所述电感器的所述第一端子。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述逆变器电路被配置为将所述第一DC母线耦接到所述电感器的所述第一端子以增加所述AC电压的大小并且然后将所述第二 DC母线耦接到所述电感器的所述第一端子以对所述电感器放电。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述电感器的放电抵消关于所述中性节点的所述第一和第二 DC母线的不平衡。4.根据权利要求2所述的设备，其中所述电感器的放电导致在所述第一和第二DC母线的相应母线与所述中性节点之间耦接的第一和第二电容器之间的电荷再平衡。5.根据权利要求2所述的设备，其中所述逆变器电路被配置为将所述第二DC母线与所述电感器的所述第一端子解耦，并且然后响应于在所述电感器中的电流将所述中性节点耦接到所述电感器的所述第一端子。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述逆变器电路被配置为在不同的逆变器电平模式中选择性地操作，以关于所述中性节点平衡所述第一和第二 DC母线。7.根据权利要求6所述的设备，其中所述逆变器电路被配置为响应于在所述电感器中的电流在不同的逆变器电平模式中选择性地操作。8.一种包括根据权利要求1所述的设备的不间断电源。9.一种电力转换设备，其包括: 第一和第二 DC母线；以及 逆变器电路，其被耦接到所述第一和第二 DC母线，并且耦接到电感器的第一端子，并且被配置为在不同的逆变器电平操作模式之间选择性转换以补偿关于中性节点的所述第一和第二 DC母线的不平衡。10.根据权利要求8所述的设备，其进一步包括电感器，所述电感器被配置为将所述逆变器的输出耦接到负载，以及其中所述逆变器电路被...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·K·帕特罗，
申请(专利权)人：伊顿公司，
类型：
国别省市：