专利名称：具有多级拓扑结构的有源滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于影响具有多相的交流电压导线的电能传输的装置，该装置具有相模块，这些相模块分别具有用于与交流电压导线的各相连接的交流电压接头和两个连接接头，其中，在每个连接接头和每个交流电压接头之间有
一个相模块支路延伸，该相模块支路由子模块的串联电路组成，这些子模块分别具有功率半导体电路和与功率半导体电路并联的储能器，并且其中，这些连接接头互相连接。
背景技术：
这样的装置在US6075350中已经公知。那里描述了所谓的多级变流器，用于对交流电压导线的电网频率的谐波进行滤波以及用于无功功率补偿。公知的变流器对于交流电网的每一相具有一个相模块，该相模块具有一个交流电压接头，利用该交流电压接头每个相模块分别与交流电压导线的一相相连。在此，每个相模块具有一个由子模块组成的串联电路，这些子模块被构造成二端网络
(Zweipol)，其中，每个子模块具有一个电容器以及与电容器并联的、由功率半导体组成的全桥式电路。这些可关断功率半导体的每一个都反并联一个续流二极管。作为可关断功率半导体例如考虑IGBT、 GTO等等。借助全桥式电路在对可关断功率半导体进行合适控制的情况下，在每个子模块的接线端子上可以施加电容器电压、零电压或者反向电容器电压。相模块在其离开交流电压接头的一端互相连接成星形。通过借助功率半导体电路接通以及断开子模块，可以阶梯形地近似正弦电压。在此，全桥式电路允许电路中尽可能大的灵活性。然而全桥式电路要求大量的功率半导体模块，由此提高了这种装置的成本。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提出一种本文开头提到类型的装置，该装置成本低。本发明如下地解决上述技术问题功率半导体电路具有按照半桥式互相连接的可关断功率半导体。
按照本发明提供一种具有多级拓朴结构的有源滤波器。换言之,对于每一相或者在直流电压冲间电路中应用有源滤波器的情况下，为每个极设置一个相模块，该相模块由子模块的串联电路组成。这些子模块是双极的并且具有两个接线端子。在此，每个子模块具有一个储能器、例如电容器，其分别并联一个功率半导体电路。根据功率半导体电路的功率半导体的控制的不同，在接哉端
子上可以产生在电容器上降落的电压或者零电压。与按照现有技术的多级有源滤波器不同，按照本发明设置了半桥式电路。这样的拓朴结构迄今为止只在高压直流输电中已知。在高压直流输电中不考虑采用全桥式电路，因为由于全桥式电路而不能将能量馈入到直流电压中间电路中。本发明基于如下思路，即，也可以将仅从能量传输中已知的、功率半导体的连接用于有源滤波器。'按照本发明，利用半桥式电路也可以抑制交流电网或者直流电压中间电路中的谐波，与现有技术不同，在半桥式电路的接线端子上不能产生反向储能器电压。半桥式电路相对于全桥式电路的大的优点在于成本，因为由于半桥式电路而、在有源滤波器中仅须采用一半那么多的功率半导体模块。
在半桥式电路的第一合适的实施方式中，每个子模块具有第一接线端子、第二接线端子、储能器以及与储能器并联的具有两个串联的可关断功率半导体的功率半导体支路，其中，每个可关断功率半导体并联一个反向续流二极管，
并且功率半导体支路的第一可关断功率半导体的发射极与分配给第一可关断功率半导体的反向续流二极管的阳极的连接点形成第一接线端子，而功率半导体支路的可关断功率半导体的和续流二极管的连接点形成第二接线端子。
在与此不同的实施方式中，每个子模块具有第一接线端子和第二接线端子，其中，功率半导体电路具有一个与储能器并联的、具有两个串联的可关断功率半导体的功率半导体支路，其中，每个可关断功率半导体并联一个反向二极管，并且功率半导体支路的第一可关断功率半导体的集电极与分配给第一可关断功率半导体的反向续流二极管的阴极的连接点形成第一接线端子，而功率
半导体支路的可关断功率半导体的和续流二极管的连接点形成第二接线端子。
按照本发明的合适的扩展，设置另一个相模块，该相模块具有一个与地电位相连的地接头和两个连接接头，其中，在每个连接接头和地接头之间分别有一个相模块支路延伸，该相模块支路由子模块的串联电路组成，其中每个连接接头与其余的相模块的连接接头相连。按照该优选扩展，不仅提供了对逆相序系统的衰减，而且通过本发明还可以使得零序系统电流流出，从而也可以抑制交流电压导线中的零序系统电流。
. 按照本发明的一种优选实施方式，设置具有一个地接头和两个连接接头的电容器模块，其中，在所述地接头和每个连接接头之间分别有一个电容器支路延伸，该电容器支路由一个或多个互相串联的电容器组成，其中每个连接接头与相模块支路的连接接头相连。同样，也可以经由电容器模块的地接头流出零序系统电流。由此，除了上面描述的具有地接头的相模块之外或者取代该相模块，还可以配备电容器模块。在接地的相模块中以及在电容器模块中，地接头的居中的设置和由此电容器模块的对称结构是合适的。由此，相模块的、在连接接头和地接头之间分别延伸的相模块支路是相同的。相应地，对于电容器的串联电路或者对于分别设置在地接头和连接接头之间的支路中的两个电容器也是这样。同样由于该结构，在传输时可以提供高度的对称。
本发明的其它合适的实施方式和优点是以下结合附图对本发明的实施例的描述的内容，其中相同的附图标记表示作用相同的组件，并且其中图1以等效电路图形式示出了按照本发明的装置的一种实施例，图2示出了按照本发明的装置的另一个实施例，并且图3示出了按照本发明的装置的另一个实施例。
具体实施例方式
图1示出了按照本发明的装置1的一种实施例，该装置连接到具有相2a、2b和2c的交流电压导线2。在此，交流电压导线2在馈入电能的供电网3以及负载4之间延伸，通过该负载使得供电网3以及交流电压导线2被不对称地加载，并且其中同时产生交流电压导线2的交流电压的额定频率的谐波。装置1被用于补偿不对称并且特别是用于抑制所述谐波。
在图1中示出的装置1包括三个相模块5a、 5b和5c，这些相模块分别具有一个交流电压接头6a、 6b和6c,它们分别与交流电压导线2的相2a、 2b和2c相连。此外，每个相才莫块5a、 5b和5c分别 有两个连4矣4妄头7p和7n，其中在每个交流电压接头6a、 6b和6c和每个连接接头7p以及7n之间分别有一个相模块支路8ap、 8bp、 8cp、 8an、 8bn和8cn延伸。这六个相模块支路的每个都由子模块9的串联电路组成。
子模块9被构造为二端网络并且具有第一接线端子10以及第二接线端子11。此外，每个子模块9具有一个功率半导体支路12,该功率半导体支路具有两个互相串联的可关断功率半导体13、例如IGBT。每个可关断功率半导体13与一个续流二极管14反并联。功率半导体支路12与作为储能器的电容器15并联。在图1中下面示出的可关断功率半导体13的发射极和与所述可关断功率半导体13并联的续流二极管14的阳极处于子模块的第一接线端子10的电位。第二接线端子处于在两个可关断功率半导体13之间的连接点的电位并且由此处于在两个串联的续流二极管14之间的连接点的电位。
根据可关断功率半导体13的控制的不同，在接线端子10和11上降落电容器电压或者零电压。然而，这还可以利用所说的组件的上面提到的其它互连来实现。
通过在图1中没有示出的对可关断功率半导体合适的控制，对每个子模块9的电容器15充电。然而，控制和调节装置此外还包括一种用来识别在交流电压导线中流过的交流电流的谐波的方法。所述谐波具有如下频率，该频率是在交流电压导线中的电压的额定频率的整数倍。通过对可关断功率半导体13合适的控制，由于充电的电容器9而产生一个电压，该电压驱动补偿电流或者滤波电流，该电流被馈入到交流电压导线2中并且用于抑制交流电压导线2中的电
流的谐波以及不对称。
图2示出了按照本发明的具有相模块5a、5b和5c的装置1的另一个例子，这些子才莫块分别具有两个相;f莫块支路8ap、 8an、 8bp、 8bn、 8cp以及8cn。为了让零序系统电流流出，设置另一个相模块5d，其也具有两个连接接头7p和7n，它们与相模块5a、 5b和5c的连接接头7p以及7n通过连接导线相连。然而，与相模块5a、 5b和5c不同，相模块5d不具有交流电压接头，而是具有地接头16，经由该地接头在对相模块支路8dp和8dn的子模块9的可关断功率半导体合适控制的情况下可以流出零序系统电流。由此，按照本发明的该优选实施方式，也可以抑制由于零序系统电流引起的不对称。
图3示出了本发明的另一个实施例，而其中相模块5a、 5b和5c的连接接头7p以及7n与电容器模块17的连接接头7p以及7n相连。电容器模块17具有地接头16，其中，在地接头16和每个连接接头7p以及7n之间分别连接一个电容器18。当然，在地接头16和电容器模块17的每个连接接头7p以及7n 之间还可以设置多个串联的电容器18。经由地接头16又可以流出零序系统电 流。此外，通过对相模块5a、 5b和5c的可关断功率半导体的合适控制，还可 以将电容性的无功功率耦合到交流电压导线2中。由此，通过按照本发明的装 置l的该扩展，也提供了无功功率补偿。当然，在本发明的范围内还可以与电 容器模块16以及三个相模块5a、 5b和5c—起采用在图2中用5d中表示的中 间接地的相模块，其中连接接头7p以及7n通过连接导线被置于共同的电位。
权利要求
1.一种用于影响具有多相(2a，2b，2c)的交流电压导线(2)的电能传输的装置(1)，该装置具有相模块(5a，5b，5c)，这些相模块分别具有用于分别与交流电压导线(2)的一相相连的交流电压接头(6a，6b，6c)和两个连接接头(7p，7n)，其中，在每个连接接头(7p，7n)和每个交流电压接头(6a，6b，6c)之间有一个相模块支路(8ap，8bp，8cp，8an，8bn，8cn)延伸，该相模块支路由子模块(9)的串联电路组成，这些子模块分别具有功率半导体电路和与功率半导体电路并联的储能器(15)，并且其中，所述连接接头(7p，7n)互相连接，其特征在于，所述功率半导体电路具有按照半桥式互相连接的可关断功率半导体(13)。
2. 根据权利要求1所述的装置(1 ),其特征在于，每个子模块(9)具有 第一接线端子(IO)、第二接线端子(ll)、所述储能器(15)、以及与所述储能 器(15 )并联的具有两个串联的可关断功率半导体(13 )的功率半导体支路(12 )， 其中，每个可关断功率半导体(13)并联一个反向续流二极管(14)，并且所述 功率半导体支路的第一可关断功率半导体(13)的发射极与分配给第一可关断 功率半导体的反向续流二极管(14)的阳极的连接点形成所述第一接线端子(10)，而该功率半导体支路(12)的可关断功率半导体(13 )的和续流二极管 (14)的连接点形成所述第二接线端子(11 )。
3. 根据权利要求1所述的装置(1),其特征在于，每个子模块(9)具有第一接线端子、第二接线端子，其中，所述功率半导体电路具有一个与所述储能器并联的、具有两个串联的可关断功率半导体的功率半导体支路，其中，每个可关断功率半导体并联一个反向二极管，并且功率半导体支路的第一可关断 功率半导体的集电极与分配给第一可关断功率半导体的反向续流二极管的阴极的连接点形成第一接线端子，而功率半导体支路的可关断功率半导体的和续流 二极管的连接点形成第二接线端子。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的装置(1 )，其特征在于另一个相模块 (8d)，该相模块具有一个与地电位相连的地接头(16)和两个连接接头(7p,7n),其中，在每个连接接头(7p, 7n)和地接头(16)之间分别有一个相模块支路(8dp, 8dn)延伸，该相模块支路由子模块(9)的串联电路组成，其中， 每个连接接头(7p， 7n)与其余的相模块(5a， 5b, 5c)的连接接头(7p， 7n) 相连。
5.根据上述权利要求中任一项所述的装置(1),其特征在于电容器模块 (17)，该电容器模块具有一个地接头(16)和两个连接接头(7p, 7n),其中， 在所述地接头(16)和每个连接接头(7p, 7n)之间分别有一个电容器支路延 伸，该电容器支路由一个或多个互相串联的电容器(18)组成，其中，每个连 接接头(7p， 7n)与所述相模块支路(5a， 5b， 5c)的连接接头(7p， 7n)相 连。
全文摘要
为了提供一种用于影响具有多相的交流电压导线(2)的电能传输的装置(1)，该装置具有相模块(5a，5b，5c)，这些相模块分别具有用于分别与交流电压导线(2)的一相相连的交流电压接头(6a，6b，6c)和两个连接接头(7p，7n)，其中在每个连接接头(7p，7n)和每个交流电压接头(6a，6b，6c)之间有一个相模块支路(8ap，8bp，8cp，8an，8bn，8cn)延伸，该相模块支路由子模块(9)的串联电路组成，这些子模块分别具有功率半导体电路和与功率半导体电路并联的储能器(15)，并且其中所述连接接头(7p，7n)互相连接，所述装置是成本低的，按照本发明提出，所述功率半导体电路具有按照半桥式互相连接的可关断功率半导体(13)。
文档编号H02J3/18GK101682190SQ200880012348
公开日2010年3月24日 申请日期2008年4月2日 优先权日2007年4月16日
发明者乔尔格·兰, 乔尔格·多恩, 克劳斯·沃尔弗林格, 卡斯滕·威特斯托克, 夸克-布·图, 弗朗兹·卡利希克-梅尔, 托拜厄斯·伯恩哈德, 约翰-威廉·斯特劳斯, 英戈·尤勒, 迈克·多马希克 申请人:西门子公司