并联模块化多级转换器和保护系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电功率转换的领域。具体而言，本发明涉及转换器组件，其用于将第一 AC或DC电流转换成不同的频率和/或不同的电压的第二AC或DC电流。
【背景技术】
[0002] 为了从电网驱动电负载，诸如电动马达，电转换器可将来自电网的可能的多相电 流转换成要供应至负载的可能的多相电流。
[0003] 这种电转换器还用于将功率源产生的电能供应到电网。例如，水电功率装置或风 力涡轮的发电机产生的可变频率的电流可转换成固定频率的电流，以供应至电网。
[0004] 此外可行的是用电转换器互连两个电网。在这个情况下，功率流可在两个方向上。
[0005] 模块化多级转换器为特殊类型的电转换器，其可特别适于转换高能量和高电压的 电流。这种转换器具有模块化设计，并且包括串联连接的转换器基元。各个转换器基元通常 具有两个或四个半导体开关和基元电容器。存储在转换器中的功率不存储在非常小量的DC 链路电容器中，而是在基元电容器中，与其它类型的转换器相比，基元电容器还仅经历更小 的电压。
[0006] 为了转换具有高电压的甚至更高电流，可行的是并联连接模块化多级转换器。转 换器级上的并联可为有益的，因为与装置并联和基元级并联相比，没有或几乎没有电压/电 流降级，因为与基元和分支级并联相比，集中式感应器损耗可低于分布式感应器损耗，并且 与分支级并联相比，更多的正弦感应器电压/电流通常导致较少的损耗。
【发明内容】
[0007] 但是，在并联连接的两个或更多个模块化多级转换器的情况下，可出现环电流，其 在转换器之间流动，并且可导致更高的损耗，因为功率半导体开关还必须开关不在转换器 的两侧之间传输能量的电流。此外，环电流可使包括并联连接的转换器的转换器组件的控 制复杂化。
[0008] 本发明的目标为提供具有低损耗且容易控制转换器组件的电功率转化。
[0009] 这个目标通过独立权利要求的主题来实现。另外的示例性实施例根据从属权利要 求和以下描述是显而易见的。
[0010] 本发明的一方面涉及一种转换器组件，包括并联连接的模块化多级转换器。转换 器组件可适于将AC电流转换成AC电流，将DC电流转换成AC电流，或将DC电流转换成DC电流。 两个电流可为单相或多相的。
[0011] 根据本发明的实施例，转换器组件包括至少第一和第二模块化多级转换器;其中 至少第一和第二模块化多级转换器中的各个包括至少两个转换器分支;其中各个转换器分 支包括多个串联连接的转换器基元，各个转换器基元包括基元电容器和用于将基元电容器 连接到转换器分支的半导体开关;其中第一模块化多级转换器的至少两个转换器分支通过 第一分支连接点连接，并且第二模块化多级转换器的至少两个转换器分支通过第二分支连 接点连接;其中至少第一和第二多级转换器通过用于将转换器组件连接到负载或功率源的 相连接点并联连接，其中相连接点通过第一电感与第一分支连接点连接且通过第二电感与 第二分支连接点连接。
[0012] 换句话说，转换器组件包括在公共相连接点和分支连接点之间的电感，公共相连 接点可看作转换器组件的输入或输出，分支连接点可看作并联连接的模块化多级转换器的 输入或输出。这些(第一和第二)电感适于抑制和/或控制第一和第二转换器之间的环电流。
[0013] 根据本发明的实施例，第一和第二模块化多级转换器中的各个针对至少两个相包 括转换器分支，并且各个相的转换器分支通过各个相的电感与各个相的相连接点连接，或 第一和第二模块化多级转换器（12a，12b)的成对的两个转换器分支共用一个或多个电感。 在该情况下，其中转换器(在相应的输入或输出侧处)包括超过一个相(通常三个相），第一 转换器的各个相应的相可通过各个相的相连接点与第二转换器的相应的相连接。各个相的 单独的电感布置在相连接点和分支连接点之间。要注意，这些电感可不彼此联接(例如通过 公共芯体）。但是，它们联接也可为可行的。
[0014] 根据本发明的实施例，至少第一和第二模块化多级转换器中的各个的至少两个转 换器分支中的各个通过分支电感与相应的转换器分支连接点连接。分支电感可用于抑制 和/或控制相应的转换器的转换器分支之间的环电流。例如，间接转换器的各个相的两个分 支可通过两个电感彼此连接，两个电感共用公共芯体。还可行的是，直接转换器的相的转换 器分支通过星形连接的电感连接。
[0015] 总体而言，可为可行的是，在转换器组件的一侧处，负载或功率源通过第一电感连 接，以抑制和/或控制并联转换器之间的环电流，并且通过第二电感连接，以抑制和/或控制 转换器分支与模块化多级转换器的转换器分支之间的环电流。
[0016] 根据本发明的实施例，至少第一和第二模块化多级转换器包括子转换器，以将AC 电流转换成DC电流。例如，转换器中的一个或两者可为间接转换器，并且可包括第一模块化 多级子转换器作为有源整流器，第一模块化多级子转换器通过DC链路与第二模块化多级子 转换器连接，以将DC链路电压转换成AC输出电流。
[0017] 根据本发明的实施例，至少第一和第二模块化多级转换器中的各个为间接转换 器，其包括通过DC链路与逆变器连接的有源整流器。
[0018] 大体上，这种模块化多相转换器适于将AC电流转换成DC电流和/或反之亦然，包括 两个转换器分支，转换器分支串联连接在各个相的两个DC输出之间，并且针对各个相在它 们之间提供分支连接点。
[0019] 根据本发明的实施例，第一模块化多级转换器包括第一DC链路，并且第二模块化 多级转换器包括第二DC链路，其在电流方面(gal vani cal ly)与第一 DC链路分开。换句话说， 并联连接的间接转换器可包括分开的DC链路。要注意，模块化多级转换器的DC链路通常不 具有DC链路电容器。DC链路仅可包括有源整流器的两个DC输出，其与逆变器的两个DC输入 连接。
[0020] 根据本发明的实施例，至少第一和第二模块化多级转换器包括公共DC链路。还可 行的是，第一整流器的两个DC输出与第二整流器的两个DC输出连接，第二整流器的两个DC 输出与第一逆变器的两个DC输入和第二逆变器的两个DC输入连接。
[0021] 根据本发明的实施例，第一和第二模块化多级转换器为直接转换器。但是，还可行 的为，第一转换器为间接转换器而第二转换器为直接转换器。在直接模块化多级转换器中， 转换器的第一 AC侧的各个相的各个分支连接点通过转换器分支与转换器的第二AC侧的各 个相的分支连接点连接。
[0022] 根据本发明的实施例，转换器组件包括变压器，并且至少第一和第二模块化多级 转换器通过变压器侧相连接点与变压器连接，使得至少第一和第二模块化多级转换器在电 流方面连接。换句话说，两个转换器可连接到变压器的同一二级绕组。
[0023] 根据本发明的实施例，变压器侧相连接点通过第一变压器侧电感与第一变压器侧 分支连接点连接且通过第二变压器侧电感与第二变压器侧分支连接点连接。转换器组件的 变压器侧的环电流可通过连接在变压器和并联转换器之间的电感抑制。
[0024] 根据本发明的实施例，至少第一和第二模块化多级转换器在电流方面通过负载侧 相连接点连接到负载或功率源。负载侧相连接点通过第一负载侧电感与第一负载侧分支连 接点连接且通过第二负载侧电感与第二负载侧分支连接点连接。在另一侧（与变压器相 反），负载或功率源还可通过电感与并联转换器连接，以抑制和/或控制转换器组件的这个 侧的环电流。
[0025] 根据本发明的实施例，至少第一和第二模块化多级转换器在转换器组件的一个侧 在电流方面分开，例如在变压器侧。在电流分开的情况下，环电流不可行，并且对应的电感 可能不必要。
[0026] 根据本发明的实施例，第一模块化多级转换器通过第一变压器连接到相连接点， 并且第二模块化多级转换器通过第二变压器连接到相连接点。电流分开可利用并联连接的 两个变压器实现。
[0027] 根据本发明的实施例，第一模块化多级转换器连接到变压器的第一二级绕组