第一开关二极管944。类似地，第二开关单元950可包括第二开关952和第二开关二极管954。此外，第三开关单元960可包括第三开关962和第三开关二极管964。此外，第四开关单元980可包括第四开关982和第四开关二极管984。同样地，第五开关单元990可包括第五开关992和第五开关二极管994。在一个实施例中，第一开关942可以以反并联配置操作耦合至第一开关二极管944，同时第二开关952可以以反并联配置操作耦合至第二开关二极管954。类似地，第三开关962可以以反并联配置操作耦合至第三开关二极管964并且第四开关982可以以反并联配置操作耦合至第四开关二极管984。此外，第五开关992可以以反并联配置操作耦合至第五开关二极管994。在一个实施例中，第一开关942、第二开关952、第三开关962、第四开关982和第五开关992可包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)开关、机械开关或它们的组合。
[0056]可以注意到，第一开关单元940和第四开关单元980可具有类似的取向。可以以相对于第一开关单元940和第四开关单元980的取向的相反取向来布置第二开关单元950、第三开关单元960和第五开关单元990。特别地，可以以相对于第一开关942和第四开关982的取向的相反取向来布置第二开关952、第三开关962和第五开关992。此外，第一开关942、第二开关952、第三开关962、第四开关982和第五开关992中的每一个可包括阳极或集电极以及阴极或发射极。第一开关942的集电极可耦合至电端子910的第一端子节点912。第一开关942的发射极可耦合至第二开关952的发射极。此外，第二开关952的集电极可耦合至第四开关982的集电极。第四开关982的发射极可耦合至第二端子节点914。同样地，第三开关962的发射极和集电极可分别耦合至第一端子节点912和二极管970。同样地，第五开关992的发射极和集电极可分别耦合至二极管970和第二端子节点914。此夕卜，可以以相对于第一开关二极管944和第四开关二极管984的取向的相反取向来布置第二开关二极管954、第三开关二极管964和第五开关二极管994。
[0057]此外，功率变换器模块900还可包括第一能量存储装置1000、第二能量存储装置1010、第三能量存储装置1020和第四能量存储装置1030。第一能量存储装置1000可以操作耦合在第一节点922和第五节点932之间。同样地，第二能量存储装置1010可以操作耦合在第二节点924和第六节点934之间。类似地，第三能量存储装置1020可以操作耦合在第三节点926和第七节点936之间。第四能量存储装置1030可以操作耦合在第四节点928和第八节点938之间。在一个实施例中，可以以第一取向布置第一能量存储装置1000和第三能量存储装置1020，同时可以以第二取向操作耦合第二能量存储装置1010和第四能量存储装置1030，其中第二取向与第一取向相反。
[0058]在例如功率变换系统(参见图1)的DC链路40 (参见图1)的DC链路中的故障期间，可以将功率变换器模块900中的开关942、952、962、982、992转换至关断状态。由于前述的转换，导致DC故障电流从第二端子节点914通过第四开关二极管984、第三能量存储装置1020、二极管970、第二能量存储装置1010和第一开关二极管944流至第一端子节点912。这样的DC故障电流的流动跨接电端子910施加了负电压，其中所述负电压是第三能量存储装置1020两端的电压和第二能量存储装置1010两端的电压之和。通过使源侧功率变换系统20 (参见图1)或负载侧功率变换系统30 (参见图1)上的交流(AC)电压反向，由功率变换器模块900提供的负电压使DC故障电流减到最小并且因此限制DC故障状态。
[0059]图8是根据本公开的一些方面的代表用于变换功率的方法1300的流程图。方法1300可包括串联耦合第一开关单元和第二开关单元以形成第一变换器支线，其中可以以相对于第一开关单元的取向的相反取向来布置第二开关单元，如步骤1310所表示的。此外，第三开关单元可串联耦合至二极管以形成第二变换器支线，其中可以以相对于第一开关单元的取向的相反取向来布置第三开关单元，如步骤1320所表示的。在一个实施例中，方法1300还可包括串联耦合第四开关单元至第二开关单元以及串联耦合第五开关单元至第三开关单元，其中可以以相对于第四开关单元的取向的相反取向来布置第五开关单元。
[0060]此外，在步骤1330，第一能量存储装置和第二能量存储装置可以操作耦合在第一变换器支线和第二变换器支线之间以形成功率变换器模块。在一个实施例中，方法1300还可包括在第一变换器支线和第二变换器支线之间以相反的极性操作耦合第三能量存储装置和第四能量存储装置。此外，如步骤1340所表示的，多个功率变换器模块可以操作耦合以形成被配置成将输入功率变换至输出功率的功率变换系统。
[0061 ] 在功率变换系统中的故障状态期间，可在一个或更多功率变换器模块中引起DC故障电流。根据本公开的一些示范的方面，一旦故障状态被识别，控制器可被配置成帮助控制DC故障电流的流动。举例来说，控制器可被配置成给一个或多个开关单元通电或断电以迫使DC故障电流沿负电压电流通路而行。因此，在步骤1350，可通过在多个功率变换器模块的对应的电端子处生成负电压来限制故障状态。在一个实施例中，负电压可被用来使DC故障电流减到最小，这又帮助限制故障状态。
[0062]将会理解，根据本公开的原理，技术人员将会认识到来自不同实施例的各种特征的可交换性，并且所描述的各种特征以及每个特征的其它已知的等效物可以由本领域一个普通技术员进行混合和匹配以构造另外的系统和技术。因此，将会理解，所附的权利要求用来覆盖属于本发明的真实精神的所有这样的修改和变化。
[0063]上文描述的功率变换器模块的示范实施例帮助减小DC故障电流并且限制功率变换系统中的故障状态。示范的功率变换器模块还需要使用更少的电子部件，这又降低了功率变换器模块的成本。使用更少的电子部件还减少了功率变换器模块的复杂度并且使能功率变换器模块的更容易封装。
[0064]尽管只有一些本发明的特征已经在本文中被说明和描述，但是本领域技术人员将会想到许多的修改和变化。因此，将会理解，所附的权利要求用来覆盖属于本发明的真实精神的所有这样的修改和变化。
【主权项】
1.一种功率变换器模块，包括: 第一变换器支线，所述第一变换器支线包括: 串联耦合的第一开关单元和第二开关单元，其中以相对于所述第一开关单元的取向的相反取向来布置所述第二开关单元； 第二变换器支线，所述第二变换器支线包括: 串联耦合的第三开关单元和二极管，其中以相对于所述第一开关单元的所述取向的相反取向来布置所述第三开关单元； 操作耦合在所述第一变换器支线和所述第二变换器支线之间的第一能量存储装置；以及 操作耦合在所述第一变换器支线和所述第二变换器支线之间的第二能量存储装置。2.如权利要求1所述的功率变换器模块，其中所述第一开关单元、所述第二开关单元和所述第三开关单元中的每一个包括以反并联配置彼此操作耦合的开关和开关二极管。3.如权利要求2所述的功率变换器模块，其中所述开关包括绝缘栅双极晶体管(IGBT )、机械开关或它们的组合。4.如权利要求1所述的功率变换器模块，其中所述第一开关单元被置于所述第一变换器支线的第一节点和第二节点之间并且所述第二开关单元被置于所述第一变换器支线的所述第二节点和第三节点之间。5.如权利要求1所述的功率变换器模块，其中所述第三开关单元被置于所述第二变换器支线的第四节点和第五节点之间并且所述二极管被置于所述第二变换器支线的所述第五节点和第六节点之间。6.如权利要求1所述的功率变换器模块，其中以第一取向将所述第一能量存储装置布置于所述第一变换器支线的第一节点和所述第二变换器支线的第四节点之间，其中以第二取向将所述第二能量存储装置布置于所述第一变换器支线的第二节点和所述第二变换器支线的第五节点之间，并且其中所述第二取向与所述第一取向相反。7.如权利要求1所述的功率变换器模块，其中所述第二开关单元与所述第三开关单元工作以提供跨接所述功率变换器模块的电端子的正电压。8.如权利要求1所述的功率变换器模块，其中所述第二开关单元与所述第一开关单元工作以提供跨接所述功率变换器模块的电端子的零电压。9.如权利要求1所述的功率变换器模块，其中所述二极管和所述第一开关单元被配置成生成跨接所述功率变换器模块的电端子的负电压以减小DC故障电流。10.如权利要求1所述的功率变换器模块，其中所述第一变换器支线还包括第四开关单元，其中所述第二变换器支线还包括第五开关单元，并且其中以相对于所述第四开关单元的取向的相反取向来布置所述第五开关单元。
【专利摘要】一种具有DC故障电流限制能力的模块化多电平功率变换系统。提供了一种功率变换器模块。所述功率变换器模块包括第一变换器支线和第二变换器支线。所述第一变换器支线包括串联耦合的第一开关单元和第二开关单元。以相对于所述第一开关单元的取向的相反取向来布置所述第二开关单元。所述第二变换器支线包括串联耦合的第三开关单元和二极管。以相对于所述第一开关单元的取向的相反取向来布置所述第三开关单元。所述功率变换器还包括操作耦合在所述第一变换器支线和所述第二变换器支线之间的第一能量存储装置。所述功率变换器模块还包括操作耦合在所述第一变换器支线和所述第二变换器支线之间的第二能量存储装置。
【IPC分类】H02M7/48, H02M7/49, H02M1/34
【公开号】CN105375799
【申请号】CN201510478603
【发明人】R.N.拉朱, L.J.贾塞斯, R.K.古普塔, 张迪, A.A.罗克希尔
【申请人】通用电气公司
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年8月7日
【公告号】CA2898934A1, EP2985902A2, EP2985902A3