[发明专利]具有多电平电压输出和谐波补偿器的功率转换器

说明书

技术领域

本发明涉及被称作多电平转换器的、具有多电平电压输出的功率转换器，其适于将直流电压转换成交流电压或将交流电压转换成直流电压。多电平转换器包括第一控制单元和在第一直流端子与第二直流端子之间的至少一个相臂，其中相臂包括在第一直流端子与第一交流端子之间的第一电压源以及在第一交流端子与第二直流端子之间的第二电压源，并且第一控制单元控制第一电压源和第二电压源。

背景技术

在现有技术中，已知为了减少电压源转换器的输出中的谐波失真而使用多电平转换器。多电平转换器是在每个相臂中具有功率半导体开关的转换器，其中切换功率半导体开关，使得输出电压(或者，在多相转换器的情况下为多个输出电压)可以呈现若干离散的电平，如在DE10103031中所看到的。在DE10103031中描述的多电平转换器中，第一电压源和第二电压源中的每个都至少包括串联连接的第一子模块和第二子模块，其中每个子模块包括半桥形式的、与电容器并联连接的两个电力电子开关。

在WO 2008/067785A1中，公开了根据DE10103031的多电平转换器，该多电平转换器在每个相臂中另外包括至少一个电感器。通常经由电力电子开关来控制多电平转换器的转换器调节装置还调节流过相臂的环流(circulating current)。环流是在相臂之间闭合而不通过交流端子进入交流电网的电流。

如果经由如WO 2008/067785A1所述的通常的转换器调节装置控制环流，则转换器的电力电子开关的额定电压必需允许以期望的方式调节环流所需的额外电压。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种允许以期望的方式调节环流的功率转换器，其中尽可能少地影响功率半导体开关所需的额定电压。

通过根据权利要求1的装置来实现该目的。

根据本发明，如上所述的用于将直流电压转换成交流电压或将交流电压转换成直流电压的装置包括：至少一个耦合电感器，其串联地耦合到至少一个相臂；有源控制的谐波补偿器(actively controlled harmonics compensator)，其连接至所述至少一个耦合电感器；第二控制单元，其适于控制所述谐波补偿器的输出，以减少流过所述至少一个相臂的环流中的谐波。

本发明基于对如下事实的认识：最佳调节环流的期望方式是减少环流中的发生在特定频率的谐波，而不是总体上减少环流。发明人认识到：每次切换转换器的电力电子开关时，环流中出现的谐波造成增加的损耗。在最坏的情况下，环流中具有特别高振幅的一些谐波甚至会导致系统不稳定。如WO 2008/067785A1中所述，额外相电感器的引入有助于获得转换器电路中的总体上的电流限制，但是同样无法避免特定的谐波。

通过引入用于减少或在最好的情况下完全阻止最高振幅的谐波的有源控制的谐波补偿器，避免了控制多电平转换器的功率半导体开关的第一控制单元发现并考虑环流中的最大干扰分量，从而能够降低对功率半导体开关的额定电压的需求。

仔细观察根据DE10103031的多电平转换器的环流中的谐波揭示了如下内容：一个相臂中的两个电压源的子模块上的电压纹波之和示出了其频谱中频率为交流电压基频的两倍的主分量。该主频率分量在环流中产生频率同样也是基频的两倍的寄生谐波(parasitic harmonic)分量。除非对该分量以某种方式进行限制，否则会导致增加的损耗，甚至可能会导致系统不稳定。

因此，根据本发明的优选实施例，布置谐波补偿器的控制，以减少环流中、频率为交流电压基频的两倍的谐波。

附图说明

通过结合附图的以下详细描述，本发明的其它特征和优点对于本领域的技术人员将变得更加明显，在附图中：

图1示出现有技术中已知的多电平转换器拓扑；

图2示出现有技术中已知的、图1的转换器的相臂中的电压源的设置；

图3示出图1和图2的转换器中的子模块的两个不同实施例；

图4示出根据本发明的一个实施例的、具有谐波补偿器和第二控制单元的多电平转换器的一个相臂；

图5、6和7分别示出根据本发明不同实施例的、每个相臂串联有相电感器的三相多电平转换器；

图8a、图8b示出具有电流型功率转换器(current-stiff power converter)的谐波补偿器的实施例；

图9示出根据本发明另一实施例的、相电感器连接至交流端子的三相多电平转换器；