使用非對稱性的模塊化多電平變流器的制造方法
【專利摘要】一種電力電子變流器組件(40)，包括：多電平變流器(41)，包括多個AC端子(46)，多電平變流器(41)可操作以在每個AC端子(46)處產(chǎn)生AC相電壓(VA、VB、VC)；多個相位元件(72)，限定了星形連接，每個相位元件的第一端在星形連接中被連接到公共接合點(74)處，每個AC端子(46)與所述星形連接的相應(yīng)的相位元件(72)的第二端串聯(lián)連接；以及控制器(80)，用于對多電平變流器(41)進(jìn)行切換以對多個AC相電壓(VA、VB、VC)進(jìn)行調(diào)制以限定非對稱電壓矢量組，從而在星形連接的公共接合點處(74)合成非零中性點電壓，非零中性點電壓與每個AC相電壓(VA、VB、VC)限定了每個相位元件(72)上的線與中性點間點電壓，線與中性點間電壓具有彼此相等的幅度并且彼此偏離等距相位角。
【專利說明】使用非對稱性的模塊化多電平變流器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電子變流器組件。

【背景技術(shù)】
[0002] 在電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中，交流（AC)功率通常被轉(zhuǎn)換為直流（DC)功率以通過架空線和/ 或海底電纜進(jìn)行傳輸。該轉(zhuǎn)換不需要對傳輸線或電纜所施加的AC電容性負(fù)載效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ) 償，因而降低了每公里的傳輸線和/或電纜的成本。因此，當(dāng)需要在很長的距離上傳輸電力 時，從AC到DC的轉(zhuǎn)換變得具有成本效益。
[0003] 從AC電力到DC電力的轉(zhuǎn)換還被用于需要將工作在不同頻率下的AC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互 連的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中。
[0004] 在任意這樣的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中，在AC功率與DC功率之間的每個接口處都需要變 流器以實現(xiàn)所需的轉(zhuǎn)換，并且一個這樣形式的變流器為電壓源變流器（VSC)。
[0005] 已知的是，如圖la和lb中所示，在電壓源變流器中使用具有絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT) 14的六開關(guān)（兩電平）和三電平變流器拓?fù)?0、12。IGBT器件14被一起串聯(lián)連接 和切換以使得能夠?qū)崿F(xiàn)10兆瓦至100兆瓦的大額定功率。另外，IGBT器件14在高電壓下 AC電源頻率的每個周期中多次導(dǎo)通或者斷開以對被饋送到AC網(wǎng)絡(luò)的諧波電流進(jìn)行控制。
[0006] 同樣已知的是，在電壓源變流器中使用諸如圖lc中所示的多電平變流器配置。該 多電平變流器配置包括串聯(lián)連接的單元18的各個變流器橋16。每個變流器單元18包括一 對串聯(lián)連接的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT) 20,這一對IGBT與電容器22并聯(lián)。單個變流器 單元18并不被同時切換并且變流器電壓階躍相對較小。每個變流器單元18的電容器22 被配置成具有足夠高的電容值以對該多電平變流器配置中的電容器端子處的電壓變化進(jìn) 行限制。每個變流器橋16中還需要DC側(cè)電抗器24以對變流器分支之間的瞬時電流進(jìn)行 限制，并從而使得變流器分支能夠并聯(lián)連接和工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種電力電子變流器組件，包括：
[0008] 多電平變流器，包括多個AC端子，所述多電平變流器可操作以在每個AC端子處產(chǎn) 生AC相電壓；
[0009] 多個相位元件，限定一星形連接，每個相位元件的第一端在所述星形連接中被連 接到公共接合點處，每個AC端子與所述星形連接中相應(yīng)的相位元件的第二端串聯(lián)連接；以 及
[0010] 控制器，用于切換所述多電平變流器，以使所述多電平變流器對所述多個AC相電 壓進(jìn)行調(diào)制以限定非對稱電壓矢量組，從而在所述星形連接的公共接合點處合成非零中性 點電壓，所述非零中性點電壓與每個AC相電壓限定每個相位元件兩端的線與中性點間電 壓，所述各個相位元件的線與中性點間電壓具有彼此相等的幅度并且彼此偏離等距相位 角。
[0011] 按照慣例，為了使得能夠連接到多相AC網(wǎng)絡(luò)28,電壓源變流器30被配置成產(chǎn)生多 個AC相電壓V A、VB、V。，從而合成具有相等幅度并且以等距相位角偏移的對稱電壓矢量組。 圖2示出了將對稱電壓矢量用于星形連接形式排列的多個變壓器次級繞組32,這導(dǎo)致在星 形連接的公共接合點34處形成零中性點電壓V N。如此合成對稱電壓矢量組使得能夠?qū)㈦?壓源變流器30作為平衡多相負(fù)載/電源以用于通過變壓器連接到多相AC網(wǎng)絡(luò)28。
[0012] 然而，本發(fā)明公開了，有可能對AC相電壓進(jìn)行調(diào)制以合成非對稱電壓矢量組，從 而形成平衡多相負(fù)載/電源以用于通過變壓器連接到多相AC網(wǎng)絡(luò)或者負(fù)載。
[0013] 為實現(xiàn)本說明書的目的，非對稱電壓矢量組被限定為多個電壓矢量，其中至少一 個電壓矢量相對于至少一個其它電壓矢量具有不同的幅度和/或相位角偏移。
[0014] 電力電子變流器組件可以被配置以通過變流器連接到具有多于三個、四個、五個 或者更多AC相位的多相AC網(wǎng)絡(luò)或者負(fù)載。在這樣的配置中，電力電子變流器組件中的AC 端子數(shù)量和相位元件數(shù)量對應(yīng)于多相AC網(wǎng)絡(luò)或者負(fù)載的AC相位數(shù)量，并且星形連接的公 共接合點處的中性點電壓等于單個AC相電壓的總和除以AC相位的數(shù)量。
[0015] 在使用中，使用控制器對根據(jù)本發(fā)明的電力電子變流器組件中的多電平變流器進(jìn) 行切換以對每個AC相電壓進(jìn)行調(diào)制，比如對每個AC相電壓的波形特征進(jìn)行控制，從而限定 了非對稱電壓矢量組。對每個非對稱電壓矢量的幅度和相位角位移進(jìn)行配置，從而合成星 形連接的公共接合點處的非零中性點電壓以及每個相位元件上的線與中性點間電壓，每個 線與中性點間電壓與其它線與中性點間電壓相比具有相等的幅度并且偏離等距相位角。這 產(chǎn)生了對稱線與中性點間電壓組，該對稱線與中性點間電壓組可以用于作為平衡多相負(fù)載 /電源以用于連接到多相AC網(wǎng)絡(luò)或者負(fù)載。
[0016] 在本發(fā)明的實施例中以示例方式對能夠以此方式對AC相電壓進(jìn)行調(diào)制的電力電 子變流器組件的配置進(jìn)行說明，其中，所述多電平變流器包括三個AC端子；并且所述控制 器對所述多電平變流器進(jìn)行切換以對每個AC相電壓進(jìn)行調(diào)制以產(chǎn)生：第一正弦AC相電壓， 具有每單位（ pu)電壓1.732的幅度和零度相位角；第二正弦AC相電壓，具有每單位電壓 1. 〇的幅度和90度相位角；以及第三正弦AC相電壓，具有每單位1. 0的幅度和-90度相位 角。
[0017] 以此方式對多電平變流器的切換產(chǎn)生了具有每單位電壓0. 577的幅度和零度相 位角的正弦中性點電壓，并因而產(chǎn)生了三個正弦的線與中性點間電壓，其中每個都具有每 單位電壓1. 155的幅度和120度相位角。對稱線與中性點間電壓組因而可以用于作為平衡 多相負(fù)載/電源以用于連接到多相AC網(wǎng)絡(luò)或者負(fù)載。
[0018] 可以限定其它的非對稱電壓矢量組以合成非零中性點電壓和對稱線與中性點間 電壓。這通過改變每個非對稱電壓矢量的幅度和/或相位角位移從而將接地參考點相對于 每個電壓矢量移動而實現(xiàn)。
[0019] 使用電力電子變流器組件合成的電壓矢量組的非對稱性質(zhì)意味著用于產(chǎn)生各自 AC相電壓所需的額定電壓與至少兩個AC相電壓不同，比如說，用于產(chǎn)生AC相電壓中的一個 所需的額定電壓至少低于用于產(chǎn)生AC相電壓中另一個所需的額定電壓。這允許對多電平 變流器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化以減少多電平變流器中變流器組件的數(shù)量，同時獲得上述要求的額 定電力。其有益效果為減少了整體尺寸、重量和成本，并且增加了電力電子變流器組件的可 靠性和效率。
[0020] 相比之下，對AC相電壓進(jìn)行調(diào)制以限定對稱電壓矢量組要求相同的用于產(chǎn)生各 自AC相電壓的額定電力。因此很難對多電平變流器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化以減少多電平變流器 中變流器部件的數(shù)量并同時獲得上述要求的額定電力。
[0021] 此外，對多電平變流器的配置進(jìn)行優(yōu)化的能力在對電力電子變流器組件的設(shè)計中 提供了靈活性，該電力電子變流器組件用于具有不同電力和重量要求、空間封套特性的地 方以及用于不同的變流器組件可用性的地方。
[0022] 多電平變流器可以被配置成以不同方式對AC相電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)以合成星形連接的 公共接合點處的非零中性點電壓，從而使每個線與中性點間電壓與其它線與中性點間電壓 相比具有相等的幅度并且偏尚等距相位角。
[0023] 在本發(fā)明的實施例中，多電平變流器進(jìn)一步可以包括：
[0024] 第一 DC端子和第二DC端子，用于連接到DC網(wǎng)絡(luò)，所述多電平變流器可操作以在 所述第一 DC端子和第二DC端子處產(chǎn)生DC電壓；以及
[0025] 多個變流器分支，每個變流器分支在所述第一 DC端子和所述第二DC端子之間延 伸并且包括相應(yīng)的一個所述AC端子，所述多個變流器分支包括至少一個主變流器分支和 至少一個副變流器分支，每個變流器分支包括由對應(yīng)的AC端子分離的第一分支部分和第 二分支部分，所述主變流器分支的每個分支部分包括主電壓源并且每個副變流器分支的每 個分支部分包括副電壓源。
[0026] 在這樣的實施例中，所述或每個主變流器分支的每個分支部分還可以包括與所述 對應(yīng)的主電壓源串聯(lián)連接的主開關(guān)區(qū)塊，并且所述或每個副變流器分支的每個分支部分還 可以包括與對應(yīng)的電壓源串聯(lián)連接的副開關(guān)區(qū)塊。
[0027] 主電壓源和副電壓源的使用使得每個分支部分能夠提供電壓以補(bǔ)償?shù)谝换虻诙?DC端子處的DC電壓，從而在對應(yīng)的AC端子處提供變化的電壓。
[0028] 每個變流器分支獨立于其它變流器分支工作并因而僅僅直接影響連接到各自AC 端子處的相位。由此，主變流器分支與副變流器分支中的每個的結(jié)構(gòu)都可以關(guān)于對應(yīng)的AC 端子處的AC相電壓分別優(yōu)化，并且對連接到其它AC端子處的AC相電壓造成最小的干擾。
[0029] 開關(guān)區(qū)塊在每個分支部分中的使用使得在零電流和/或零電壓處能夠?qū)⒚總€分 支部分接入到電路中或者從電路中分離（即，軟切換），這在電力電子變流器組件的工作過 程中產(chǎn)生幾乎為零的開關(guān)損耗。此外，開關(guān)區(qū)塊在每個分支部分中的使用減少了每個電壓 源需要產(chǎn)生的電壓范圍。這反過來使得每個電壓源中的部件的數(shù)量能夠被最少化。
[0030] 在本發(fā)明的其它實施例中，多電平變流器還包括：
[0031] 第一和第二DC端子，用于連接到DC網(wǎng)絡(luò)，所述多電平變流器可操作以在所述第一 和第二DC端子處產(chǎn)生DC電壓；以及
[0032] 多個變流器分支，每個變流器分支在所述第一和第二DC端子之間延伸并且包括 相應(yīng)的一個所述AC端子，所述多個變流器分支包括一個主變流器分支和兩個副變流器分 支，所述副變流器分支在所述第一和第二DC端子之間并聯(lián)連接，每個變流器分支包括由對 應(yīng)的AC端子分離的第一和第二分支部分，所述主變流器分支的每個分支部分包括主電壓 源并且每個副變流器分支的每個分支部分包括副開關(guān)區(qū)塊；以及
[0033] 兩個副電壓源（64)，每個副電壓源在以下兩者之間延伸：所述副變流器分支的并 聯(lián)連接；以及所述第一 DC端子和所述第二DC端子中的相應(yīng)DC端子。
[0034] 多電平變流器以此方式的配置進(jìn)一步減少了電壓源的總體數(shù)量，該數(shù)量能夠進(jìn)一 步節(jié)約所述電力電子變流器組件的尺寸、重量和成本，而不會對多電平變流器合成非對稱 電壓矢量組而產(chǎn)生用于三相AC網(wǎng)絡(luò)的平衡負(fù)載/電源的能力造成影響。
[0035] 在本發(fā)明的進(jìn)一步實施例中，多電平變流器進(jìn)一步可以包括：
[0036] 多個輔助端子，每個輔助端子用于接地；
[0037] 多個變流器分支，每個變流器分支包括相應(yīng)的一個所述輔助端子以及相應(yīng)的一個 所述AC端子，每個變流器分支在其輔助端子與AC端子之間延伸，
[0038] 其中，所述多個變流器分支包括一個主變流器分支與兩個副變流器分支，每個主 變流器分支包括主電壓源并且每個副變流器分支包括副電壓源。
[0039] 所述電力電子變流器組件以此方式的配置允許將所述電力電子變流器組件用作 靜止同步補(bǔ)償器。
[0040] 在使用電壓源的實施例中，每個主電壓源可以是或者可以包括雙向子電壓源和/ 或每個副電壓源可以是或者可以包括雙向子電壓源。
[0041] 提供雙向電壓的能力使得對應(yīng)的分支部分能夠?qū)C相電壓進(jìn)行調(diào)制，從而在第 一或者第二DC端子處具有超過DC電壓的幅度。這反過來當(dāng)合成具有與其它的變流器分支 所合成的電壓矢量不同的幅度的電壓矢量從而產(chǎn)生上述非對稱電壓矢量組時，向?qū)?yīng)的變 流器分支提供了額外的靈活性。
[0042] 此外，在DC網(wǎng)絡(luò)的故障導(dǎo)致多電平變流器中的大的故障電流的情況下，可以對每 個雙向子電壓源進(jìn)行控制以提供與AC網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動電壓進(jìn)行對抗的電壓，并因此減小所述 電力電子變流器組件中的故障電流。每個雙向子電壓源能夠提供正或負(fù)的對抗電壓并由此 適用于對抗AC驅(qū)動電壓。
[0043] 在使用副電壓源的實施例中，每個副電壓源可以是或者可以包括單向子電壓源。
[0044] 所述多電平變流器可以配置成對AC相電壓進(jìn)行調(diào)制以合成非對稱電壓矢量組， 從而允許一個或者多個單向子電壓源的使用相比于諸如雙向子電壓源具有更小的電壓范 圍以及減少的組件數(shù)量。
[0045] 優(yōu)選地，每個子電壓電源包括至少一個模塊，所述或每個模塊包括：至少一個能量 存儲器件；以及至少一個開關(guān)元件，用于選擇性地引導(dǎo)電流通過所述或每個能量存儲器件 并且使電流繞過所述或每個能量存儲器件。
[0046] 每個雙向子電壓源可以包括至少一個第一模塊，所述或每個第一模塊包括兩對開 關(guān)元件，所述兩對第一開關(guān)元件并聯(lián)連接，并且與能量存儲器件并聯(lián)連接成全橋式配置，以 限定一可提供負(fù)電壓、零電壓或正電壓并且可在兩個方向上導(dǎo)電的四象限雙極型模塊。
[0047] 每個單向子電壓源包括至少一個第二模塊，所述或每個第二模塊包括至少一對第 二元件，所述一對第二開關(guān)元件與能量存儲器件以半橋式配置并聯(lián)連接以限定一可提供零 電壓或正電壓并且可在兩個方向上導(dǎo)電的二象限單極型模塊。
[0048] 這樣的模塊提供了一種提供電壓源以在每個AC端子處產(chǎn)生AC相電壓并且對其進(jìn) 行調(diào)制的方法。
[0049] 特別地，當(dāng)子電壓源包括多個模塊時，可以通過每個都提供自身電壓的多個模塊 的能量存儲器件的插入到所述子電壓源中來在子電壓源上建立組合電壓，所述組合電壓高 于來自單個模塊中的每個的可用電壓。這反過來允許所述子電壓源提供階躍可變的子電壓 源，該子電壓源允許使用逐步近似來在所述子電壓源上產(chǎn)生電壓。
[0050] 在本發(fā)明的其它實施例中，所述多電平變流器可以是或者可以包括中性點二極管 箝位變流器或者飛跨電容器變流器。
[0051] 所述電力電子變流器組件可用于，但不僅限于，高壓直流（HVDC)電力輸送和無功 電力補(bǔ)償以及靜止同步補(bǔ)償器等應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0052] 在下文中參照附圖以非限定性示例的方式對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明，其 中：
[0053] 圖la、lb和lc以示意性方式示出了現(xiàn)有技術(shù)的電壓源變流器；
[0054] 圖2示出了常規(guī)電壓源變流器合成一組對稱電壓矢量的操作；
[0055] 圖3以示意性方式示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的電力電子變流器組件；
[0056] 圖4和圖5示出了圖3中所示的電力電子變流器組件合成一組非對稱電壓矢量的 操作；
[0057] 圖6以示意性方式示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的電力電子變流器組件；
[0058] 圖7以示意性方式示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的電力電子變流器組件；
[0059] 圖8以示意性方式示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的電力電子變流器組件；
[0060] 圖9以示意性方式示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的電力電子變流器組件；以及
[0061] 圖10以示意性方式示出了根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的電力電子變流器組件。

【具體實施方式】
[0062] 圖3和圖4中示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的電力電子變流器組件40。
[0063] 第一電力電子變流器組件40包括多電平變流器41，多電平變流器41包括第一和 第二DC端子42a、42b以及三個AC端子46。
[0064] 在使用中，第一和第二DC端子42a、42b分別被連接到DC網(wǎng)絡(luò)的正極和負(fù)極端 子44a、44b上，其中，正極端子44a為每單位電壓+1. 0的電壓，負(fù)極端子44b為每單位電 壓-1.0的電壓。
[0065] 多電平變流器41還包括一個主變流器分支48和兩個副變流器分支50。每個變流 器分支48、50都在第一和第二DC端子42a、42b之間延伸。每個變流器分支48、50包括各 自的AC端子46以及由對應(yīng)的AC端子46分開的第一和第二分支部分52、54。
[0066] 主變流器分支48、50的每個分支部分52、54包括雙向子電壓源形式的主電壓源 56 〇
[0067] 每個雙向子電壓源包括多個第一模塊58。每個第一模塊58包括與電容器62形式 的能量存儲器件并聯(lián)連接的兩對第一開關(guān)元件60。兩對第一開關(guān)元件60與電容器62連接 成全橋式配置以限定一可提供負(fù)電壓、零電壓或者正電壓并且可在兩個方向上導(dǎo)電的四象 限雙極型模塊58。
[0068] 每個四象限雙極型模塊58的電容器62通過改變每個對應(yīng)的四象限雙極型模塊58 的第一開關(guān)元件60的狀態(tài)而被選擇性地繞過或者插入到每個對應(yīng)的電壓源56中。
[0069] 特別地，當(dāng)每個四象限雙極型模塊58中的各對第一開關(guān)元件60被配置成在該四 象限雙極型模塊58中形成短路電路時，每個四象限雙極型模塊58的電容器62被繞過。這 使得電力電子變流器組件40中的電流流經(jīng)該短路電路并且繞過電容器62,因此四象限雙 極型模塊58提供零電壓。
[0070] 當(dāng)每個四象限雙極型模塊58中的各對第一開關(guān)元件60被配置成使得變流器電流 能夠流入或者流出電容器62時，每個四象限雙極型模塊58的電容器62被插入到每個對應(yīng) 的電壓源56中。電容器62隨后對其存儲的能量進(jìn)行充電或放電以提供電壓。四象限雙極 型模塊58的雙向性質(zhì)意味著電容器62可被正向或者反向地插入到四象限雙極型模塊58 中以提供正電壓或者負(fù)電壓。
[0071] 每個副變流器分支50的每個分支部分52、54包括單向子電壓源形式的副電壓源 64。
[0072] 每個單向子電壓源包括多個第二模塊66。每個第二模塊66包括與電容器62形式 的能量存儲器件并聯(lián)連接的一對第二開關(guān)元件68。這對第二開關(guān)元件68與電容器62以半 橋式配置的方式連接以限定一可提供零電壓或者正電壓并且可在兩個方向上導(dǎo)電的二象 限單極型模塊66。
[0073] 以類似于四象限雙極型模塊58的方式，每個二象限單極型模塊66的電容器62通 過改變每個對應(yīng)的二象限單極型模塊66的第二開關(guān)元件的狀態(tài)而被選擇性地繞過或者插 入到每個對應(yīng)的電壓源64中。選擇性地引導(dǎo)電流通過對應(yīng)的電容器62或者使得電流繞過 對應(yīng)的電容器62,以使得每個二象限單極型模塊66提供零電壓或者正電壓。
[0074] 每個主電壓源56被配置成具有每單位電壓2. 732的額定電壓，而每個副電壓源64 被配置成具有每單位電壓2. 0的額定電壓。
[0075] 第一和第二開關(guān)元件60、68中的每一個由絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)形式的半 導(dǎo)體器件構(gòu)成。第一和第二開關(guān)元件68中的每一個包括并聯(lián)連接的反向平行二極管70。
[0076] 在本發(fā)明的其它實施例中（未示出），可以設(shè)想一個或者多個開關(guān)元件可以是不 同的半導(dǎo)體器件，比如柵可關(guān)斷晶閘管、場效應(yīng)晶體管、絕緣柵換向晶閘管、注入增強(qiáng)柵晶 體管、集成柵換向晶閘管或者任何其它的自換向半導(dǎo)體器件。在每個實例中，半導(dǎo)體器件優(yōu) 選地與反向平行的二極管并聯(lián)連接。
[0077] 可以設(shè)想在本發(fā)明的其它實施例中（未示出），每個模塊中的電容器可被不同的 能量存儲器件所代替，比如燃料電池、電池組或者任何其它的能夠存儲并釋放電能以提供 電壓的能量存儲器件能量存儲器件。
[0078] 每個電壓源56、64中的多個模塊58、66限定了鏈連接變流器。通過將多個模塊 58、66的電容器62插入到每個鏈連接變流器中有可能在每個鏈連接變流器上建立組合電 壓，該組合電壓高于從每個單獨模塊58、66獲得的電壓，多個模塊58、66中的每一個都提供 自身的電壓。
[0079] 以此方式，每個模塊58、66的開關(guān)元件60、68的切換導(dǎo)致電壓源56、64提供階躍 可變電壓源，該階躍可變電壓源允許使用步進(jìn)式近似在每個電壓源56、64上產(chǎn)生電壓波 形。
[0080] 如圖4所示，電力電子變流器組件40還包括限定了星形連接的三個相位元件72。 每個相位元件72的第一端白連接到星形連接的公共接合點74處，而每個AC端子46與星 形連接的各自相位元件72的第二端串聯(lián)連接。每個相位元件72具有變壓器次級繞組的形 式。
[0081] 在使用中，每個相位元件72被連接到各自的變壓器初級繞組（未示出），并且多個 變壓器初級繞組以星形配置的形式連接以連接到三相AC網(wǎng)絡(luò)（未示出）。
[0082] 多電平變流器41還包括一對DC鏈路電容器76,這一對DC鏈路電容器76在第一 和第二DC端子42a、42b之間串聯(lián)連接并且與每個變流器分支48、50并聯(lián)連接。DC鏈路電 容器76之間的中間點78限定了在使用中用于接地的接合點。每個DC鏈路電容器76具有 每單位電壓1. 0的額定電壓。
[0083] 電力電子變流器組件40還包括控制器80以對多電平變流器41進(jìn)行切換從而在 每個AC端子46處產(chǎn)生并且調(diào)制AC相電壓。
[0084] 特別地，在所示的實施例中，控制器80改變每個電壓源56、64中的模塊58、66的 切換操作的時間以使用步進(jìn)式近似在每個對應(yīng)的AC端子46處產(chǎn)生AC相電壓V A、VB、V。。
[0085] 此外，電壓源56、64如上所述提供電壓階躍的能力使其能夠增大或者減小在每個 對應(yīng)的主AC端子46處所產(chǎn)生的電壓。
[0086] 在使用中，控制器80因而能夠選擇性地對每個電壓源56、64中的IGBT 60、68進(jìn) 行切換以改變每個電壓源56、64上的電壓，并因此對每個對應(yīng)的主AC端子46處的AC相電 壓V A、VB、V。進(jìn)行調(diào)制。
[0087] 在下文中參照圖3至5對第一電力電子變流器組件40的工作進(jìn)行說明。
[0088] 為了在主變流器分支48的AC端子46處產(chǎn)生第一 AC相電壓VA，控制器80對主變 流器分支48的第一分支部分52中的第一模塊58進(jìn)行切換以在第一 DC端子42a處的DC 電壓上增加電壓階躍或者從其中減去電壓階躍，即對該第一 DC端子42a處的DC電壓進(jìn)行 "上拉"或者"下拉"，并且選擇性地對主變流器分支48的第二分支部分54中的第一模塊58 進(jìn)行切換以在第二DC端子42b處的DC電壓上增加電壓階躍或者從其中減去電壓階躍。
[0089] 以此方式對主變流器分支48中的第一模塊58進(jìn)行切換以產(chǎn)生具有每單位電壓 1. 732的幅度以及零度相位角的第一正弦AC相電壓VA。
[0090] 為了在副變流器分支50的AC端子46處產(chǎn)生第二和第三AC相電壓VB，V。，控制器 80對每個副變流器分支50的第一分支部分52中的第二模塊66進(jìn)行切換以從第一 DC端 子42a處的DC電壓中減去電壓階躍，即對該第一 DC端子42a處的DC電壓進(jìn)行"下拉"，并 且選擇性地對副變流器分支50的第二分支部分54中的第二模塊66進(jìn)行切換以在第二DC 端子42b處的DC電壓上增加電壓階躍。
[0091] 以此方式對每個副變流器分支50中的第二模塊66進(jìn)行切換以產(chǎn)生具有每單位電 壓1. 〇的幅度以及90度相位角的第二正弦AC相電壓VB ;以及具有每單位電壓1. 0的幅度 以及-90度相位角的第三正弦AC相電壓Vc。
[0092] 三個AC相電壓VA、VB、VC限定了一組非對稱電壓矢量，該組非對稱電壓矢量使得在 星形連接的公共接合點74處形成非零中性點電壓V N。中性點電壓VN等于單獨的AC相電 壓VA、VB、V c的總和除以AC相的數(shù)量（即3)。
[0093] 非零中性點電壓VN為正弦形狀，并且具有每單位電壓0. 577的幅度和零度相位 角。非零中性點電壓VN和每個相位元件72的任意一側(cè)上的相電壓VA、VB、V C限定了每個相 位元件72上的線與中性點間電壓VAN、VBN、V CN。
[0094] 圖5示出了上述非對稱電壓矢量VA、VB、VC組與產(chǎn)生的非零中性點電壓VN和線與 中性點間電壓vAN、VBN、VCN之間的關(guān)系。
[0095] 每個線與中性點間電壓具有每單位電壓1. 155的幅度并且與其他兩個 線與中性點間電壓間隔120電角度。該對稱線與中性點間電壓特性因而使得電 力電子變流器組件40能夠表現(xiàn)出平衡的負(fù)載/電源以用于通過變壓器初級繞組連接到三 相AC網(wǎng)絡(luò)。
[0096] 在使用中，控制器80可以對主、副變流器分支48、50中的模塊58、66進(jìn)行切換以 限定出與上述電壓矢量組不同的非對稱電壓矢量組，上述電壓矢量組產(chǎn)生非零中性點電壓 和對稱的線與中性點間電壓。這可以通過改變每個非對稱電壓矢量的幅度和/或相位角位 移并由此將接地參考點相對于每個電壓矢量移動而實現(xiàn)。
[0097] 第一電力電子變流器組件40以此方式工作的優(yōu)點在于其允許對多電平變流器41 的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從而使得多電平變流器41中的變流器部件的數(shù)量最少。
[0098] 特別地，主變流器分支48將第一 AC相電壓VA調(diào)制為具有超過第一或者第二DC端 子42a、42b處的DC電壓的幅度的能力使得副變流器分支50能夠依靠單向子電壓源的使用 而產(chǎn)生第二和第三AC相電壓V B、Vc。相比于每個雙向子電壓源，每個單向子電壓源的更小 的電壓范圍和減少的部件數(shù)量使得第一電力電子變流器組件40的整體尺寸、重量和成本 最小，并且增大了可靠性和效率。
[0099] 相比之下，產(chǎn)生具有每單位電壓1. 155的幅度的一組對稱電壓矢量則要求每個副 變流器分支50中都包含雙向子電壓源，從而能夠產(chǎn)生具有超過第一或第二DC端子42a、42b 處的DC電壓的幅度的第二和第三AC相電壓。然而在副變流器分支50中使用雙向子電壓 源將會增加開關(guān)元件60和電容器62的總體數(shù)量。
[0100] 因此，對于AC網(wǎng)絡(luò)的給定的額定功率，使得第一電力電子變流器組件40能夠產(chǎn)生 上述的非對稱電壓矢量組的配置允許對多電平變流器41的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化以使得多電平變 流器41中的變流器部件的數(shù)量最少，同時使得電力電子變流器組件40能夠被連接到三相 AC網(wǎng)絡(luò)上。
[0101] 圖6中示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的電力電子變流器組件140。圖6中的第 二電力電子變流器組件140的結(jié)構(gòu)和工作方式與圖3中的第一電力電子變流器組件40類 似，并且相同的結(jié)構(gòu)使用相同的附圖標(biāo)記。
[0102] 第二電力電子變流器組件140與第一電力電子變流器組件40的區(qū)別在于，主變流 器分支48的每個分支部分52、54還包括與主電壓源56串聯(lián)連接的主開關(guān)區(qū)塊82,并且每 個副變流器分支50的每個分支部分52、54還包括與副電壓源64串聯(lián)連接的副開關(guān)區(qū)塊 84。
[0103] 每個開關(guān)區(qū)塊82、84包括多個串聯(lián)連接的輔助開關(guān)元件86。每個輔助開關(guān)元件 86由絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)形式的半導(dǎo)體器件構(gòu)成，并且包括與IGBT并聯(lián)連接的反 向平行二極管70。
[0104] 每個開關(guān)區(qū)塊82、84中的輔助開關(guān)元件86的數(shù)量根據(jù)所要求的每個分支部分52、 54的額定電壓而變化。
[0105] 在本發(fā)明的其它實施例中，每個分支部分52、54中的開關(guān)區(qū)塊82、84與電壓源56、 64之間的串聯(lián)連接使得開關(guān)區(qū)塊82、84與電壓源56、64能夠在對應(yīng)的AC端子46與各自的 第一或第二DC端子42a、42b之間反向連接。
[0106] 在第二電力電子變流器組件140中，控制器80改變每個電壓源56、64中的模塊 58、66以及開關(guān)區(qū)塊82、84的切換操作的時間以使用步進(jìn)式近似在每個對應(yīng)的AC端子46 處產(chǎn)生AC相電壓V A、VB、VC。
[0107] 特別地，在每個變流器分支48、50中，控制器80對第一分支部分52中的模塊進(jìn)行 切換以產(chǎn)生第一 AC相電壓分量，并且對第二分支部分54中的模塊進(jìn)行切換以產(chǎn)生第二AC 相電壓分量。與此同時，控制器80使每個開關(guān)區(qū)塊82、84導(dǎo)通或者斷開，從而決定將每個 分支部分52、54通過對應(yīng)的AC端子46切換進(jìn)入電路還是從電路中去除，并因此對第一和 第二相電壓分量進(jìn)行控制以在每個AC端子46處產(chǎn)生AC相電壓V A、VB、Vc。
[0108] 當(dāng)AC端子電流經(jīng)過零點時，進(jìn)行將每個分支部分52、54通過對應(yīng)的AC端子46切 換進(jìn)入電路或者從電路中去除，這樣在第二電力電子變流器組件140的工作過程中產(chǎn)生幾 乎為零的開關(guān)損耗。另外，可以對每個電壓源56、64中的模塊58、66進(jìn)行切換以抵消第一 或者第二DC端子42a、42b處的DC電壓。因此，當(dāng)在狀態(tài)之間切換時每個開關(guān)區(qū)塊82、84 上存在零電壓或者很小的電壓。每個開關(guān)區(qū)塊82、84上的零電壓或很小的電壓產(chǎn)生低的開 關(guān)損耗。
[0109] 將每個分支部分52、54通過對應(yīng)的AC端子46切換進(jìn)入電路或者從電路中去除 還減小了要求每個電壓源56、64所產(chǎn)生的電壓范圍，同時不會對第二電力電子變流器組件 140產(chǎn)生與第一電力電子變流器組件40所產(chǎn)生的AC相電壓相同的AC相電壓V A、VB、Vc的 能力產(chǎn)生影響。
[0110] 因此如圖6中所示，當(dāng)每個開關(guān)區(qū)塊82、84被配置成具有每單位電壓1. 0的額定 電壓時，主變流器分支48中的每個主電壓源56被配置成具有每單位電壓1. 732的額定電 壓，并且副變流器分支50中的每個副電壓源64被配置成具有每單位電壓1. 0的額定電壓。 相比于第一電力電子變流器組件40,這就導(dǎo)致了第二電力電子變流器組件140中模塊58、 66數(shù)量的減少，這導(dǎo)致進(jìn)一步節(jié)約了開關(guān)元件60、68與電容器62的數(shù)量。
[0111] 每個分支部分52、54中的開關(guān)區(qū)塊82、84的使用因而不但產(chǎn)生了更高效且可靠的 電力電子變流器組件140,而且產(chǎn)生了更小、更輕且更便宜的電力電子變流器組件140。
[0112] 圖7中示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的電力電子變流器組件240。圖7中的第 三電力電子變流器組件240的結(jié)構(gòu)和工作方式與圖6中的第二電力電子變流器組件140類 似，并且相同的結(jié)構(gòu)使用相同的附圖標(biāo)記。
[0113] 第三電力電子變流器組件240與第二電力電子變流器組件140的區(qū)別在于：
[0114] 每個副變流器分支50的每個分支部分52、54包括副開關(guān)區(qū)塊84,但是省略了第二 電壓源64 ;
[0115] 副變流器分支50被并聯(lián)連接在第一和第二DC端子42a、42b之間；以及
[0116] 多電平變流器41還包括兩個副電壓源64,每個副電壓源64在第二變流器分支50 的平行連接與第一和第二DC端子42a、42b中相應(yīng)的一個之間延伸。
[0117] 每個第二電壓源64具有單向子電壓源的形式。
[0118] 如同在第二電力電子變流器組件140中一樣，控制器80對主變流器分支48中的 第一模塊58進(jìn)行切換并且對主開關(guān)區(qū)塊82進(jìn)行切換，從而產(chǎn)生具有每單位電壓1. 732的 幅度以及零度相位角的第一正弦AC相電壓VA。
[0119] 與此同時，控制器80對每個副電壓源64中的模塊66進(jìn)行切換并且使副開關(guān)區(qū)塊 84沿對角線成對導(dǎo)通或者斷開，從而決定將每個分支部分52、54通過對應(yīng)的AC端子46切 換進(jìn)入電路還是從電路中去除。這導(dǎo)致在副變流器分支50的AC端子46上產(chǎn)生AC相電壓 νΒ。，因此VB。為具有每單位電壓2. 0的幅度并且相對于第一 AC相電壓VA被偏移90電角度 的正弦AC相電壓。這產(chǎn)生圖5中所示的非對稱電壓矢量組，其中，V B和V。中的每個在每單 位電壓+1. 0與-1. 0之間振蕩。
[0120] 多電平變流器41以此方式的配置進(jìn)一步減少了電壓源56、64的總體數(shù)量，能夠進(jìn) 一步節(jié)約尺寸、重量和成本，而不會對多電平變流器41合成非對稱電壓矢量組的能力造成 影響，該非對稱電壓矢量組產(chǎn)生用于三相AC網(wǎng)絡(luò)的平衡負(fù)載/電源。
[0121] 圖8中示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的電力電子變流器組件340。圖8中的第 四電力電子變流器組件340的結(jié)構(gòu)和工作方式與圖7中的第三電力電子變流器組件240類 似，并且相同的結(jié)構(gòu)使用相同的附圖標(biāo)記。
[0122] 第四電力電子變流器組件340與第三電力電子變流器組件240的區(qū)別在于，在第 四電力電子變流器組件340中，每個副電壓源64還包括與對應(yīng)的單向子電壓源串聯(lián)連接的 雙向子電壓源。另外，在第四電力電子變流器組件340中，控制器對雙向和單向子電壓源中 的模塊58、66進(jìn)行切換，并且使副開關(guān)區(qū)塊84導(dǎo)通或者斷開以決定將每個分支部分52、54 通過對應(yīng)的AC端子46切換進(jìn)入電路還是從電路中去除，從而在副變流器分支50的AC端 子46上產(chǎn)生AC相電壓V BC。
[0123] DC網(wǎng)絡(luò)中的故障或者其它非正常工作條件會導(dǎo)致在DC網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生短路88。這導(dǎo) 致第一和第二DC端子42a、42b處的DC電壓下降到零伏。當(dāng)短路發(fā)生時，大的故障電流可 由AC網(wǎng)絡(luò)流過變流器分支48、50和短路88所限定的電流通路。
[0124] 短路88的低阻抗意味著流過電流通路的故障電流可能超過多電平變流器41的額 定電流。
[0125] 通過對抗來自AC網(wǎng)絡(luò)的AC驅(qū)動電壓可以使故障電流減到最小。這可以通過將第 四電力電子變流器組件340配置在故障工作模式中來實現(xiàn)，其中，對每個雙向子電壓源的 第一模塊58的第一開關(guān)元件60進(jìn)行切換，使得每個第一模塊58提供對抗的電壓％并由此 減小驅(qū)動電壓。每個雙向子電壓源能夠提供正或負(fù)的對抗電壓I并由此適用于對抗AC驅(qū) 動電壓。
[0126] 在副電壓源64中使用雙向子電壓源來對抗AC驅(qū)動電壓允許對這些雙向子電壓源 的每個第一模塊58進(jìn)行充電，從而將其電容器62恢復(fù)到需要的電壓電平。
[0127] 相比之下，在第一、第二和第三電力電子變流器組件40、140、240的每個第二電壓 源64中使用單向子電壓源意味著第二變流器分支50無法對抗AC驅(qū)動電壓。在DC網(wǎng)絡(luò)上 的短路88期間，副變流器分支50反而可以保持為二極管導(dǎo)通，這就增加了對第一、第二和 第三電力電子變流器組件40、140、240的變流器部件的損壞風(fēng)險。
[0128] 在每個副電壓源64中使用雙向子電壓源因而增加了第四電力電子變流器組件 340的可靠性。
[0129] 圖9中示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的電力電子變流器組件440。圖9中的第 五電力電子變流器組件440的結(jié)構(gòu)和工作方式與圖8中的第四電力電子變流器組件340類 似，并且相同的結(jié)構(gòu)使用相同的附圖標(biāo)記。
[0130] 第五電力電子變流器組件440與第四電力電子變流器組件340的區(qū)別在于，在第 五電力電子變流器組件440中，每個副電壓源64包括雙向子電壓源而省略了單向子電壓 源。另外，在第五電力電子變流器組件440中，控制器對雙向子電壓源中的第一模塊58進(jìn) 行切換，并且使副開關(guān)區(qū)塊84導(dǎo)通或者斷開，以決定將每個分支部分52、54對應(yīng)的AC端子 46切換進(jìn)入電路還是從電路中去除，從而在副變流器分支48、50的AC端子46上產(chǎn)生AC相 電壓ν Β。。
[0131] 第五電力電子變流器組件440的故障工作模式與第四電力電子變流器組件340的 故障工作模式相似，除了在副電壓源64中使用雙向子電壓源來對抗AC驅(qū)動電壓并不需要 對這些雙向子電壓源的第一模塊58進(jìn)行充電。
[0132] 圖10中示出了根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的電力電子變流器組件540。
[0133] 第六電力電子變流器組件540包括多電平變流器41，多電平變流器41包括三個輔 助端子100以及三個AC端子46。
[0134] 在使用中，每個輔助端子100都被連接至地102。
[0135] 多電平變流器41還包括一個主變流器分支48和兩個副變流器分支50。每個變流 器分支48、50包括AC端子100中的各自一個以及由AC端子46中的各自一個。每個變流 器分支48、50在其輔助端子100與AC端子46之間延伸。
[0136] 主變流器分支48包括第一雙向子電壓源形式的主電壓源56。每個副變流器分支 50包括第二雙向子電壓源形式的副電壓源64。第一和第二雙向子電壓源中的每個在結(jié)構(gòu) 和工作方式上都與圖3中所示的每個雙向子電壓源相似，但是第一雙向子電壓源中的第一 模塊58的數(shù)量大于每個第二雙向子電壓源中的第一模塊58的數(shù)量。
[0137] 每個主電壓源56被配置成具有每單位電壓1. 732的額定電壓，而每個副電壓源64 被配置成具有每單位電壓1. 〇的額定電壓。
[0138] 第六電力電子變流器組件540還包括限定了星形連接的三個相位元件72。每個相 位元件72的第一端被連接到星形連接的公共接合點處，而每個副AC端子46與星形連接的 各自相位元件72的第二端串聯(lián)連接。每個相位元件72具有變壓器次級繞組的形式。
[0139] 在使用中，每個相位元件72被連接到各自的變壓器初級繞組104,并且多個變壓 器初級繞組104以星形配置的形式連接以連接到三相AC網(wǎng)絡(luò)106。
[0140] 第六電力電子變流器組件540還包括控制器80以對多電平變流器41進(jìn)行切換從 而在每個AC端子46處產(chǎn)生并且調(diào)制AC相電壓。
[0141] 特別地，控制器80以與圖3中所示的第一電力電子變流器組件40的控制器80的 方式相同的方式來改變每個電壓源56、64中的第一模塊58的切換操作的時間以使用步進(jìn) 式近似在每個AC端子46處產(chǎn)生AC相電壓。
[0142] 在使用中，控制器80因而能夠選擇性地對每個電壓源56、64中第一模塊58的 IGBT 60進(jìn)行切換以改變每個電壓源56、64上的電壓，并因此對每個AC端子46處的AC相 電壓￥4^、^進(jìn)行調(diào)制。
[0143] 如圖5和10中所示，以此方式對主變流器分支48中的第一模塊58進(jìn)行切換以在 對應(yīng)的AC端子46處產(chǎn)生具有每單位電壓1. 732的幅度以及零度相位角的第一正弦AC相 電壓VA，并且對每個副變流器分支50中的第一模塊58進(jìn)行切換以在對應(yīng)的AC端子46處 產(chǎn)生具有每單位電壓1. 〇的幅度以及90度相位角的第二正弦AC相電壓VB以及具有每單 位電壓1.0的幅度以及-90度相位角的第三正弦AC相電壓V c。
[0144] 如圖5中所示，三個AC相電壓Va、Vb、 V。限定了非對稱電壓矢量組，產(chǎn)生了具有每 單位電壓0. 577的幅度和零度相位角的正弦中性點電壓VN，以及對稱的線與中性點間電壓 、、、、^，每個線與中性點間電壓具有每單位電壓1.155的幅度且與其它兩個線與中性點 間電壓間隔120電角度。該對稱線與中性點間電壓特性因而使得第六電力電子變流器組件 540能夠表現(xiàn)出平衡的負(fù)載/電源以用于通過變壓器初級繞組104連接到三相AC網(wǎng)絡(luò)106。
[0145] 以此方式，第六電力電子變流器組件540能夠用作靜止同步補(bǔ)償器。
[0146] 能夠想到，在本發(fā)明的其它實施例中，電力電子變流器組件的多電平變流器可以 是或者可以包括一中性點二極管箝位變流器或者飛跨電容器變流器。
[0147] 在本發(fā)明的其它實施例中，能夠想到電力電子變流器組件可以被配置且操作成為 多相AC網(wǎng)絡(luò)或者具有多于三個相位的負(fù)載的平衡負(fù)載/電源。這樣的電力電子變流器組 件包括多個AC端子和多個相位元件，其中的每一個在數(shù)量上與多相AC網(wǎng)絡(luò)或者負(fù)載中的 AC相位的數(shù)量對應(yīng)。
【權(quán)利要求】
1. 一種電力電子變流器組件，包括： 多電平變流器（41)，包括多個AC端子（46)，所述多電平變流器（41)可操作以在每個 AC端子（46)處產(chǎn)生AC相電壓（VA、VB、Vc); 多個相位元件（72)，限定一星形連接，每個相位元件的第一端在所述星形連接中被連 接到公共接合點（74)處，每個AC端子與所述星形連接中相應(yīng)的相位元件（72)的第二端串 聯(lián)連接；以及 控制器（80)，用于切換所述多電平變流器（41)，以使所述多電平變流器（41)對所述多 個AC相電壓（VA、VB、VC)進(jìn)行調(diào)制以限定非對稱電壓矢量組，從而在所述星形連接的公共接 合點處合成非零中性點電壓，所述非零中性點電壓與每個AC相電壓（V A、VB、V。）限定每個相 位元件（72)兩端的線與中性點間電壓，所述各個相位元件（72)的線與中性點間電壓具有 彼此相等的幅度并且彼此偏尚等距相位角。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電子變流器組件，其中，所述多電平變流器（41)包括三 個AC端子（46)，并且所述控制器對所述多電平變流器（41)進(jìn)行切換以對每個AC相電壓進(jìn) 行調(diào)制從而產(chǎn)生：第一正弦AC相電壓，具有每單位電壓1. 732的幅度以及零度相位角；第 二正弦AC相電壓，具有每單位電壓1. 0的幅度以及90度相位角；第三正弦AC相電壓，具有 每單位電壓1. 0的幅度以及-90度相位角。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電力電子變流器組件，其中，所述多電平變流器 (41)還包括： 第一 DC端子和第二DC端子（42a、42b)，用于連接到DC網(wǎng)絡(luò)，所述多電平變流器可操作 以在所述第一 DC端子和第二DC端子處產(chǎn)生DC電壓；以及 多個變流器分支（48、50)，每個變流器分支在所述第一 DC端子和所述第二DC端子 (42a、42b)之間延伸并且包括相應(yīng)的一個所述AC端子（46)，所述多個變流器分支包括至少 一個主變流器分支和至少一個副變流器分支，每個變流器分支包括由對應(yīng)的AC端子分離 的第一分支部分和第二分支部分，所述主變流器分支的每個分支部分包括主電壓源并且每 個副變流器分支的每個分支部分包括副電壓源。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力電子變流器組件，其中，所述或每個主變流器分支（48、 50)的每個分支部分（52、54)還包括與對應(yīng)的主電壓源（56)串聯(lián)連接的主開關(guān)區(qū)塊（82)， 并且所述或每個副變流器分支（50)的每個分支部分（52、54)還包括與對應(yīng)的電壓源（64) 串聯(lián)連接的副開關(guān)區(qū)塊（84)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力電子變流器組件，其中，所述多電平變流器（41)還 包括： 第一 DC端子和第二DC端子（42a、42b)，用于連接到DC網(wǎng)絡(luò)，所述多電平變流器可操作 以在所述第一 DC端子和所述第二DC端子處產(chǎn)生DC電壓；以及 多個變流器分支（48、50)，每個變流器分支在所述第一 DC端子和所述第二DC端子 (42a、42b)之間延伸并且包括相應(yīng)的一個所述AC端子（46)，所述多個變流器分支包括一個 主變流器分支和兩個副變流器分支，所述兩個副變流器分支并聯(lián)連接在所述第一 DC端子 和所述第二DC端子之間，每個變流器分支包括由對應(yīng)的AC端子分離的第一分支部分和第 二分支部分，所述主變流器分支的每個分支部分包括主電壓源（56)并且每個副變流器分 支的每個分支部分包括副開關(guān)區(qū)塊（84);以及 兩個副電壓源（64)，每個副電壓源在以下兩者之間延伸：所述副變流器分支的并聯(lián)連 接；以及所述第一 DC端子和所述第二DC端子中的相應(yīng)DC端子。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的電力電子變流器組件，其中，所述多電平變流器（41) 還包括： 多個輔助端子，每個輔助端子用于接地；以及 多個變流器分支（48、50)，每個變流器分支包括相應(yīng)的一個所述輔助端子以及相應(yīng)的 一個所述AC端子，每個變流器分支在該變流器分支的輔助端子與AC端子之間延伸， 其中，所述多個變流器分支（48、50)包括一個主變流器分支與兩個副變流器分支，每 個主變流器分支包括主電壓源（56)并且每個副變流器分支包括副電壓源（64)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3-6中任一項所述的電力電子變流器組件，其中，每個主電壓源（56) 是或者包括雙向子電壓源。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3-7中任一項所述的電力電子變流器組件，其中，每個副電壓源（64) 是或者包括雙向子電壓源。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3-8中任一項所述的電力電子變流器組件，其中，每個副電壓源（64) 是或者包括單向子電壓源。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項所述的電力電子變流器組件，其中，每個子電壓電源包 括至少一個模塊，所述或每個模塊包括：至少一個能量存儲器件；以及至少一個開關(guān)元件， 用于選擇性地引導(dǎo)電流通過所述或每個能量存儲器件和使電流繞過所述或每個能量存儲 器件。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6或8以及9所述的電力電子變流器組件，其中，每個雙向子電壓源 包括至少一個第一模塊，所述或每個第一模塊包括兩對第一開關(guān)元件，所述兩對第一開關(guān) 元件并聯(lián)連接，并且與能量存儲器件并聯(lián)連接成全橋式配置，以限定一能提供負(fù)電壓、零電 壓或正電壓并且能在兩個方向上導(dǎo)電的四象限雙極型模塊。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9以及10或11所述的電力電子變流器組件，其中，每個單向子電壓 源包括至少一個第二模塊，所述或每個第二模塊包括一對第二開關(guān)元件，所述一對第二開 關(guān)元件與能量存儲器件并聯(lián)連接成半橋式配置，以限定一能提供零電壓或正電壓并且能在 兩個方向上導(dǎo)電的二象限單極型模塊。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力電子變流器組件，其中，所述多電平變流器（41)是 或者包括中性點二極管箝位變流器或者飛跨電容器變流器。
【文檔編號】H02M7/49GK104115391SQ201280069937
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月16日
【發(fā)明者】戴維·雷金納德·特雷納 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司