[发明专利]电能转换器

说明书

一种电能转换方法，包括：从输入电源对电能转换器的多个能量存储装置充电；以及按序对多个能量存储装置的能量存储装置耦合和解耦至输出端。对多个能量存储装置充电包括将多个能量存储装置中至少两个保持在基本上不同的电位。

技术领域

本发明涉及用于电能转换器的技术和设备，并且在某些非限制性示例中涉及用于将高压直流输入转换为交流输出电压(反之亦然)的设备和技术，以用于电力传输。

背景技术

通常，配电网络使用高压交流基础设施以用于电力传输。然而，随着距离的增加，与交流相关的电感和电容的寄生损耗也逐渐问题重重。在某些应用中，例如由海上风力发电机生成的电力且所产生的电力必须由长距离的海底电缆在岸上传输，使用高压直流电力传输技术更加经济节约。通常，需要使用电能转换器将高压直流转换成交流(反之亦然)，从而使得产生的电力可以输入到配电网络。

当将直流转换成交流时，最大化电能转换效率(即，最小化在转换过程中发生的能量损失)并且最小化输出交流电波形的谐波失真是可取的。

近来，已经开发出了具有高电平的电能转换效率和降低的谐波失真电平的多电平电能转换器。

模块化多电平转换器(“MMC”)是近来研发的多电平电能转换器的示例。MMC包括多个串联设置的能量存储装置(“ESD”)并且被控制为产生预定的电压电平。每一个ESD通过多个开关阀连接在转换器内，使得ESD可以与转换器的输出电流路径隔断或连接。通过不断地连接和隔断不同的ESD组合，可以生成不同的离散输出电压电平。因此可以产生接近交流电压波形的“阶梯式”波形。电压电平的数量越多(即阶梯数越多)，输出电压波形越接近正弦曲线。输出电压波形越接近正弦曲线，谐波失真越低。将交变电流/电压波形的谐波失真最小化是重要的，因为出现在输出交变电流/电压波形中的多余的更高频率瞬态会损害配电网内的组件。使用常规技术，增加电压电平的数量的唯一方式是增加转换器内模块的数量。然而，在减少谐波失真的同时，进一步添加模块的数量会增加转换器的成本。与额外的ESD相关联的额外的开关组件还会引入额外的损耗，这会降低转换器的整体效率。

本发明的某些实施例的目的是缓解上述问题。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种电能转换方法，包括：从输入电源对电能转换器的多个能量存储装置进行充电；以及按序耦合并解耦多个能量存储装置至输出端。对多个能量存储装置充电包括将多个能量存储装置中的至少两个维持在基本上不同的电位。

适当地，输入电源是高压DC电源，并且按序耦合并解耦多个能量存储装置中的能量存储装置至输出端产生对应于AC电压波形的输出电压电平。

适当地，输入电源是高压AC电源，并且按序耦合并解耦多个能量存储装置的能量存储装置至输出端以产生输出DC电压波形。

适当地，电能转换器是模块化多电平转换器。

适当地，按序耦合并解耦多个能量存储装置的能量存储装置和对多个能量存储装置充电的步骤是根据控制算法的。

适当地，一个或多个能量存储装置被按序耦合到输出端使得能量存储装置可以以正向极性和反向极性耦合。

适当地，耦合并解耦能量存储装置包括控制模块化多电平转换器的多个开关阀的开关状态从而将每个能量存储装置与模块化多电平转换器的输出端隔断或连接。适当地，多个开关阀的一个或多个包括多个串联和/或并联设置的开关从而分配与改变开关阀的开关状态相关联的电流和电压应力。

适当地，控制算法设置为随时间改变单个能量存储装置被充电到的电位。适当地，使用脉宽调制执行多个能量存储装置充电的步骤。

适当地，多个能量存储装置包括一个或多个电容器。