多电平变换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有根据权利要求1的前序部分的特征的多电平变换器。
【背景技术】
[0002]这样的多电平变换器在会议文集“Modulares Stromrichterkonzept furNetzkupplungsanwendungen bei hohen Spannungen用于高电压下网络親合应用的模块化变流器方案”(Rainer Marquardt,Anton Lesnicar和Jiirgen Hildinger，慕尼黑大学电气驱动技术、功率电子和控制学院，ETG专业会议功率电子器件和其应用，2002，Bad Nauheim)中进行了描述。以前已知的多电平变换器配备有多个串联连接的子模块，其分别具有第一开关、第二开关和电容器，并且在放电阶段借助电容器向外输送电流，并且在充电阶段接收电流，以对电容器进行充电。中央装置用于控制多电平变换器的工作方式。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是，提供一种多电平变换器，其具有特别简单的结构，但是仍然能够进行准确的控制。
[0004]根据本发明，上述技术问题通过具有根据权利要求1的特征的多电平变换器来解决。在从属权利要求中给出了根据本发明的多电平变换器的有利构造。
[0005]据此根据本发明设置为，所述子模块中的至少两个串联连接，以形成多模块，其中，在所述多模块的充电阶段和放电阶段中，使每个子模块的开关中的相应的一个关断，并且使每个子模块的相应的其它开关导通，以及所述多模块具有与所述中央装置连接的控制装置，所述控制装置根据所述中央装置的控制信号对所述多模块的子模块进行控制，其中，所述控制装置被构造为，监视所述子模块的电容器电压，并且在所述电容器电压不对称的情况下，通过在与所述多模块的其余子模块的电容器电压相比电容器电压过小的子模块中相应地设置至少一个锁定阶段，来进行对称化，在所述锁定阶段中第一开关和第二开关同时关断。
[0006]可以看到，根据本发明的多电平变换器的一个主要优点在于，对子模块的控制不需要由中央装置自己针对所有子模块单独进行，而是可以替代地经由各个多模块中的中间连接的控制装置来进行。由于将子模块分配到多模块中，因此减轻了中央装置的控制任务的负担。此外，能够减少控制线路的数量，因为每个子模块不再需要与中央装置直接连接。因此，根据本发明的多电平变换器的结构比以前已知的多电平变换器的结构更简单;相应地制造成本降低。
[0007]可以看到，根据本发明的多电平变换器的另一个主要优点在于，能够在其中以非常简单的方式进行组合成多模块的子模块的电容器电压的对称化，因为根据本发明的锁定阶段中的对称化与流过多模块或其子模块的模块电流的电流方向无关地自动进行;然后在处于锁定阶段的子模块中，仅能够对电容器进行充电，而不能进行放电。为了进行对称化，既不需要知道、也不需要测量模块电流的电流方向；更确切而言，在电容器电压过小的子模块中设置根据本发明的锁定阶段就足够了。换句话说，通过在具有足够的中间回路电压的子模块中允许电容器放电，而在中间回路电压过小的子模块中在锁定阶段中阻止电容器放电，来进行对称化。
[0008]可以视为有利的是，所述控制装置针对每个子模块确定电容器电压与所述多模块的子模块的电容器电压的平均值的偏差，并且在所述偏差超过预先给定的阈值的情况下，对于相应的子模块相应地设置至少一个锁定阶段。
[0009]优选所述控制装置依据电容器电压的不对称度来确定子模块各自的锁定阶段的时间长度。
[0010]特别有利的是，所述控制装置针对每个子模块确定电容器电压与多模块的子模块的电容器电压的平均值的偏差，并且依据电容器电压与平均值的相应的偏差来确定子模块各自的锁定阶段的时间长度，其中，电容器电压与平均值的相应的偏差越大，相应的锁定阶段的时间长度越大。
[0011]特别有利的是，所述控制装置被构造为，当从所述中央装置接收到用于切换子模块的第一开关和第二开关的控制信号，相应地触发锁定阶段。
[0012]有利的是，每个子模块的第一开关与所述电容器串联连接，并且第二开关优选与电容器和第一开关的串联电路并联地电连接。
[0013]关于锁定阶段的时间安排，视为有利的是，所述控制装置被构造为，当第二开关关断或者要根据所述中央装置的控制信号关断时，相应地引入锁定阶段，并且锁定阶段的引入以第一开关的导通时间为代价来执行。
[0014]特别有利的是，第一开关的导通时间的缩短以与第二开关的关断时间对称的方式进行，由此保持电压脉冲的中轴线。当在第一开关导通之前的锁定阶段的长度与在第一开关再一次关断和第二开关对应地导通之后的锁定阶段的时间长度一样大时，能够以有利的方式实现这种对称化。
[0015]有利的是，第一二极管与第一开关并联连接，第二二极管与第二开关并联连接。优选地，包括第一二极管和第二二极管的串联电路与所述电容器并联连接。
[0016]关于二极管，可以视为有利的是，第一二极管的阳极接线端与第二二极管的阴极接线端连接，并且第一二极管的阴极接线端与所述电容器的一个电容器接线端连接，并且第二二极管的阳极接线端与所述电容器的另一电容器接线端连接。
[0017]本发明还涉及一种多电平变换器的操作方法，所述多电平变换器具有多个串联连接的子模块，所述子模块分别具有第一开关、第二开关和电容器，并且在放电阶段中借助所述电容器向外输出电流，并且在充电阶段中接收电流，以对所述电容器进行充电。
[0018]根据本发明，关于这种方法设置为，将所述子模块中的至少两个串联连接，以形成多模块，其中，在所述多模块的充电阶段和放电阶段中，使每个子模块的开关中的相应的一个关断，并且使每个子模块的相应的其它开关导通，并且监视所述子模块的电容器电压，并且在所述电容器电压不对称的情况下，通过在与所述多模块的其余子模块的电容器电压相比电容器电压过小的子模块中相应地设置至少一个锁定阶段，来进行对称化，在所述锁定阶段中将第一开关和第二开关同时关断。
[0019]关于根据本发明的方法的优点，请参考上面结合根据本发明的多电平变换器的描述，因为上面的描述对于根据本发明的方法对应地适用。
[0020]有利的是，第一开关的导通时间的缩短以与第二开关的关断时间的时间位置对称的方式进行。
[0021]关于相应的子模块的第一开关的导通时间相对于第二开关的关断时间的对称或居中的时间位置，可以视为有利的是，在与所述多模块的其余子模块的电容器电压相比电容器电压过小的子模块中，相应地设置两个锁定阶段，在锁定阶段中，第一开关和第二开关同时关断，其中，两个锁定阶段的长度相等，并且锁定阶段中的一个位于在第二开关关断之后并且在第一开关导通之前的时间间隔中，并且另一个锁定阶段处于在第一开关在时间上随后的(再一次)关断之后并且在第二开关在时间上随后的(再一次)导通之前的时间间隔中。
【附图说明】
[0022]下面根据实施例详细说明本发明；在此示例性地:
[0023]图1示出了根据本发明的多电平变换器的一个实施例，
[0024]图2进一步详细示出了根据图1的多电平变换器的包括两个子模块的多模块的一个实施例，
[0025]图3示例性地针对子模块的电容器的电容器电压相同或者至少近似相同的情况，示出了根据图2的多模块的工作方式，
[0026]图4示例性地针对通过设置锁定阶段使电容器电压对称以及电容器电压均衡的情况，示出了根据图2的多模块的工作方式，
[0027]图5示例性地针对对子模块的中间回路进行充电的正模块电流的情况，示出了在闭锁时间期间通过根据图2的多模块的“闭锁的”子模块的电流流动，
[0028]图6针对负模块电流的情况，示出了在闭锁时间期间通过“闭锁的”子模块的电流流动，
[0029]图7作为对比针对正模块电流的情况，示出了在开关模块的第一开关的正常导通时间期间通过“闭锁的”子模块的电流流动，以及
[0030]图8作为对比针对负模块电流的情况，示出了在第一开关的正常导通时间期间通过“闭锁的”子模块的电流流动。
[0031]在附图中，为了清楚起见，对于相同或类似的部件总是使用相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0032]在图1中示出了三相多电平变换器10的一个实施例。其包括交流电压接线端W10，用于馈入或者送出或取出交流电流。此外，多电平变换器10配备有两个电压接线端GlOa和GlOb，在这两个电压接线端处能够馈入或取出直流电流或者随着时间可变的电流、特别是还有交流电流；下面将电压接线端GlOa和GlOb例如称为“直流电压接线端”，虽然如所提及的，在这两个电压接线端处不一定仅馈入或送出直流电流。
[0033]多电平变换器10具有3个并联连接的串联电路R1、R2和R3，其外部接线端R11、R21和R31连接到直流电压接线端GlOa。外部接线端R12、R22和R32连接到直流电压侧G10的直流电压接线端GlOb。换句话说，S卩3个串联电路R1、R2和R3的外部接线端形成多电平变换器10的直流电压侧。
[0034]3个串联电路R1、R2和R3中的每一个分别配备有多个串联连接的子模块T以及两个电感D。中间接线端Ζ分别位于两个电感D之间，中间接线端Ζ在电势方面处于在图1中的上面的子模块和在图1中的下面的子模块之间，并且分别形成多电平变换器10的3个交流电压接线端W10中的一个。
[0035]此外，在图1中例如还能够看到子模块Τ的结构。在根据图1的实施例中，子模块Τ中的每一个分别具有(例如晶体管形式的