[发明专利]电压源转换器

说明书

技术领域和背景技术

本发明涉及一种电压源转换器，该电压源转换器具有至少一个相臂(phase leg)，该至少一个相臂连接到该转换器的直流电压侧的彼此相反的极，该至少一个相臂包括开关单元的串联连接，每个所述开关单元一方面具有串联连接的至少两个半导体组件，每个半导体组件具有关断型半导体器件和与之并联连接的续流二极管(free-wheeling diode)，每个开关单元另一方面具有至少一个储能电容器，该转换器的相输出被配置成连接到沿着开关单元的所述串联连接形成的、该转换器的交流电压侧，每个所述开关单元被配置成通过对每个开关单元的所述半导体器件的控制来获得两个开关状态，即，第一开关状态和第二开关状态，其中所述至少一个储能电容器上的电压和零电压分别施加在开关单元的端子之间，以便在所述相输出上获得确定的交流电压。

这种具有任何数目的所述相臂的转换器在本发明的范围之内，但是其通常具有三个这种相臂，以使其交流电压侧有三相交流电压。

该类型的电压源转换器可用于如下各种情况，即，其中要将直流电压转换成交流电压以及将交流电压转换成直流电压，其中这种应用的例子是在HVDC(高压直流电流)电厂的电站中，其中通常将直流电压转换成三相交流电压或者将三相交流电压转换成直流电压，或者在所谓背对背电站中，其中首先将交流电压转换成直流电压、然后将该直流电压转换成交流电压，以及在SVC(静态无功补偿器)中，其中直流电压侧由一个或多个自由悬挂(hanging freely)的电容器构成。然而，本发明不限于这些应用，而是还可考虑其它应用，比如应用于机器、车辆等的不同类型的驱动系统。

通过例如DE 101 03 031 A1和WO 2007/023064 A1了解该类型的电压源转换器。如这些文献中所公开的，该类型的电压源转换器通常被称为多单元转换器或M2LC。参考这些文献来获知该类型的转换器的功能。该转换器的所述开关单元可具有与所述文献中所示外观不同的外观，例如，每个开关单元可以具有多于一个的所述储能电容器，只要可以控制该开关单元在引言中提到的两个状态之间切换即可。

通过US 5 642 275了解用在静态无功补偿器中的该类型的另一个电压源转换器，其中开关单元具有呈所谓全桥(比如所谓H桥)形式的不同外观。

本发明主要地但非排他地涉及这种被配置成传输高功率的电压源转换器，因此下文中将主要讨论传输高功率的情形来予以说明，但不以任何方式将本发明局限于此。当使用这种电压源转换器来传输高功率时，这也意味着处理高电压，且转换器的直流电压侧的电压由开关单元的所述储能电容器上的电压决定。这意味着相对大数目的这种开关单元将被串联连接，因为大数目的半导体器件(即，所述半导体组件)将串联连接在每个所述开关单元中，且当所述相臂中的开关单元数目相对大时，该类型的电压源转换器特别引人关注。串联连接的大数目的这种开关单元意味着可以控制这些开关单元在所述第一和第二开关状态之间改变并由此已经在所述相输出获得非常接近正弦电压的交流电压。这已经可以利用显著低于DE 101 03 031 A1中的图1中所示的类型的已知电压源转换器中典型使用的开关频率的开关频率来获得，该已知电压源转换器具有至少一个关断型半导体器件和与之反并联连接的至少一个续流二极管。这使得可以获得显著更低的损耗并且还可以显著减少无线电干扰以及滤波和谐波电流的问题，从而可以使用于其的设备的成本更低。

该类型的已知电压源转换器呈现对称态，这意味着其直流电压侧的两个极相对于地具有相同的电压并且其间是AC电压。然而，在某些情形下，在转换器的所述相输出和连接到所述相输出的交流电压网络或线之间无变压器而进行操作可能令人关注，且如果来自转换器的交流电压与所述网络中的交流电压相同，则直接连接到网络通常没有大问题。

然而，M2LC型的已知转换器不允许无任何变压器或仅通过使用自动连接的变压器而进行单极操作，于是不得不使用伴随有相当高成本的变压器，尽管转换器的直流电压侧和交流电压侧的电压电平照此将不需要任何变压器。

发明内容

本发明的目的是提供一种在引言中定义的类型的电压源转换器，其无需变压器就实现了单极操作。