[发明专利]中压混合多电平变换器和用于控制中压混合多电平变换器的方法

说明书

一种多电平变换器(10)，包含具有多个相(U、V、W)的供电组件，以及具有第一电力电池(12)和第二电力电池(12)的电力电池组件。第一电力电池(12)和第二电力电池(12)具有相同的拓扑和相同的电流额定值，并向供电组件的多个相(U、V、W)供电。多个相(U、V、W)中的每一个相均包含电力电池组件的第一电力电池(12)和第二电力电池(12)，第一电力电池(12)和第二电力电池(12)的电压额定值不同。此外，公开了一种用于控制多电平变换器(10)的方法和包括多电平变换器(10)的电驱动系统(1)。

技术领域

本发明的方面主要涉及一种中压混合多电平变换器和用于控制中压混合多电平变换器的方法。

背景技术

传统上，因单一的功率半导体设备无法处理高压，所以在中压AC驱动器、灵活AC输电系统(FACTS)和高压DC(HVDC)输电系统的应用中采用多电平电源变换器。多电平变换器通常包含用于每一个相的多个电力电池，每一个电力电池包含具有能够改变单个电池电压状态或电平的半导体开关的逆变器电路。根据所使用的逆变器电路的类型，例如半桥或全桥，每个电力电池可以具有一个或多个开关支路。通过控制每个电力电池的单个开关支路的开关事件，可控制每个电池两端的电压，从而获得具有多个离散电压电平的AC输出波形。多电平变换器通常通过输出电压波形中离散电平的数量来进行描述。

在许多中高压应用中，优选的拓扑是级联多电平变换器。但是，在某些情况下，它需要大量的电池来获得所需输出电压，这造成整个系统的价格抬高。解决此问题的一种方法是增加单个电池的电压电平，从而减少系统所需电池的数量来获得某一输出电压。这种方法的一个缺点在于就某一输出电压水平对制造具有更高电压水平的系统进行优化，但是对其它输出电压电平而言系统可能不能被优化。

级联多电平变换器通常嵌入有相同的电池，即具有相同电压和相同电流额定值的相同电池拓扑。不同的方法是使用具有不同拓扑和不同电压和电流额定值(所谓的混合拓扑)的电池。在这种情况下，通常以低(基础)频开关具有较高电压的电池，而以较高频开关具有较低电压额定值的电池。这种传统的方法存在两个缺点：高压电池之间将经历不同程度的损失并且根据调制方法和负载条件，低压电池可能不得不从较高压电池吸收过多的能量。

发明内容

简而言之，本发明方面涉及一种级联混合多电平变换器、包括级联混合多电平变换器的电驱动系统以及用于控制级联混合多电平变换器的方法。

本发明的第一个方面提供了一种多电平变换器，包括：供电组件，供电组件包括多个相；以及电力电池组件，电力电池组件包括第一电力电池和第二电力电池，第一电力电池和第二电力电池包括相同的拓扑和相同的电流额定值，其中，第一电力电池和第二电力电池向供电组件的多个相供电，并且其中，多个相中的每一个相都包括电力电池组件的第二电力电池和至少一个第一电力电池，第一电力电池和第二电力电池的电压额定值不同。

本发明的第二个方面提供了一种用于控制多电平变换器的方法，包括：通过基于与参考信号相比的多个载波信号而生成脉宽调制信号，开关电力电池组件的多个开关设备，其中，该多个开关设备以相同的开关频率开关。

本发明的第三个方面提供了一种电驱动系统，包括：电源；以及耦合至电源以产生多相供电的多电平变换器，该变换器包括供电组件，该供电组件包括产生多相供电的多个相，以及电力电池组件，该电力电池组件包括第一电力电池和第二电力电池，第一电力电池和第二电力电池包括相同的拓扑和相同的电流额定值，第一电力电池和第二电力电池向供电组件的多个相供电，并且多个相中的每一个相都包括电力电池组件的第二电力电池和至少一个第一电力电池，第一电力电池和第二电力电池的电压额定值不同。

附图说明

图1示出了根据本发明示例性实施例的包括标准级联H桥多电平变换器的系统的实施例的示意图。

图2示出了根据本发明示例性实施例的用于混合多电平变换器拓扑的变压器绕组结构的实施例的示意图。