[发明专利]用于平衡一组电容器中的电容器的端子上的电压的装置以及包括该平衡装置的电压转换系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种装置，其用于平衡一组电容器中的至少一个电容器的端子上的电压，该组电容器包括正输入端子、负输入端子、串联在两个输入端子之间并且通过中间点连接在一起的N-1个电容器，N-1电容器中的两个端部电容器与两个输入端子中的一个直接连接，N大于或等于3，两个输入端子和中间点能够与电能转换装置连接，该电能转换装置可使至少一个电容器的端子上的电压不平衡。

本发明还涉及包括这种平衡装置的电压转换系统。

本发明还涉及用于平衡一组电容器中的电容器的端子上的电压的方法。

背景技术

众所周知具有三个等级的电压逆变器，其包括正输入端子、负输入端子、用于在逆变器的输出端传送的交流电流的所述或每个相位的输出端子、以及在正端子和负端子之间串联的两个电容器，这两个电容器通过中间点连接在一起。对于每个输出端子，逆变器包括用于开关输入DC电压的模块，每个开关模块连接在两个输入端子和各个输出端子之间。当逆变器的输出端的电压和电流相对于中间点对称时，在交流电流的一个周期上，中间点处的电荷的平衡为零。

然而，在输出交流电流为低频电流时，电容器的电容值应足够高，从而在交流电流的一个周期内，限制中间点的电压变化，其造成使用的电容器尺寸较大并且成本较高。

而且，众所周知具有N个等级的电压逆变器，其中，N为大于3的整数，其包括正输入端子、负输入端子、用于输出交流电流的所述或每个相位的输出端子、以及一组电容器，该组电容器包括在两个输入端子之间串联并且通过中间点连接在一起的N-1个电容器，该N-1电容器中的两个端部电容器与两个输入端子中的一个直接连接。对于每个输出端子，N个等级的电压逆变器包括用于开关输入DC电压的模块，每个开关模块连接在两个输入端子和各个输出端子之间。N个电平的电压逆变器还包括一种装置，其用于通过在输出交流电流的每个相位上添加共模单极元件，平衡N-1个电容器中的每个的端子上的电压，相位之间的转换允许电容器充电或放电。

然而，当交流输出电压的幅度小于大致等于四分之一输入DC电压值的限制值时，这种平衡装置有效。当输出交流电流的幅度大于上述限制值时，平衡装置不允许适当地平衡该电容器的端子上的电荷，而多级电压逆变器的优点在于，传送电压振幅较高的交流电流。

发明内容

本发明的一个目的在于，提出了一种平衡装置，无论能够连接在输入端子之间的转换装置所传送的电压和电流多大，该平衡装置都允许平衡这组电容器的每个中间点内的电压。

为此，本发明的目的为一种上述类型的平衡装置，其特征在于，其包括至少一个用于平衡N-1个电容器中的每个的端子上的电压的模块，所述平衡模块连接在两个输入端子之间并且包括用于确定每个中间点内过量电荷或不足电荷的量的装置、包括两个端子的临时的电能储存元件、能够从中间点朝向临时储存元件的端子提取电荷的第一电流引导装置、能够将电荷从临时储存元件的另一个端子朝向中间点注入的第二电流引导装置、以及用于控制第一和第二引导装置的单元，其能够控制第一引导装置以从电荷过量的至少一个中间点中提取电荷并且能够控制第二引导装置以将电荷注入电荷不足的至少一个中间点内，并且

其特征在于，临时储存元件的端子能够通过第一引导装置分别与正输入端子以及与负输入端子连接，临时储存元件的另一个端子能够通过第二引导装置分别与负输入端子以及与正输入端子连接，以分别增大和减小临时储存元件内储存的能量。

根据其他实施方式，该平衡装置包括单独地或根据所有技术上可能的组合获取的一个或多个以下特征：

该临时储存元件包括至少一个电磁线圈，

该第一和第二引导装置中的每个均包括N-1个开关和N-1个二极管，

该第一装置的开关在正输入端子和储存元件的端子之间串联并且通过连接点连接在一起，N-1个开关的两个端部开关与正端子和储存元件的端子这两个端子中的一个直接连接，该第一装置的N-2个二极管在第一装置的各个中间点和各个连接点之间前向（正向，forwardly）连接，并且该第一装置的另一个二极管在负输入端子和储存元件的端子之间前向连接，以及

第二装置的开关在负输入端子和储存元件的另一个端子之间串联，并且通过连接点连接在一起，N-1个开关的两个端部开关与负端子和储存元件的另一个端子这两个开关中的一个直接连接，该第二装置的N-2个二极管在第二装置的各个中间点和各个连接点之间反向连接，并且该第二装置的另一个二极管在正输入端子和储存元件的另一个端子之间反向连接，