) 通过将第一电容器的第二节点连接到第二电容器的第一节点并将第二电容器的第 二节点连接到第三电容器的第一节点，三个电容器被串联连接； d) 通过将第一开关设备的第二节点与第二开关设备的第一节点连接，第一和第二开关 设备被串联连接； e) 通过将第三开关设备的第二节点与第四开关设备的第一节点连接，第三和第四开关 设备被串联连接； f) 第三开关设备的第一节点被连接到第一电容器的第二节点； g) 第四开关设备的第二节点被连接到第三电容器的第一节点； h) 第一开关设备的第一节点被连接到第一电容器的第一节点； i) 第二开关设备的第二节点被连接到第三电容器的第二节点；以及 j) 逆变器输出端，所述逆变器输出端由第一开关设备的第二节点和第三开关设备的第 二节点确定。
[0053]第二开关设备405由框425标记以指示它包括信号控制开关或电力开关(S2)、并联 的二极管和两个节点。
[0054]第二开关设备405由框425标记以指示开关设备包括电力开关(框425内部的S2)、 并联的二极管和两个节点(在本示例中的404和406)。
[0055]图5图示了通过使用n个新颖的拓扑换流器来产生多电平ac信号的方法的多个步 骤。在步骤501中，n个新颖的拓扑4电平逆变器中的一个产生被使能成采取4个电平中的一 个的信号。在步骤503中，以级联方式布置n个新颖的拓扑换流器单元或模块。在步骤505 中，输出端产生被使能成采取至少4n+1个相对中性点电压电平中的一个的信号。
[0056] 可以级联地布置n个4电平新颖的拓扑换流器的三个集合以产生8n+1个相间电压 电平。
[0057]以下参考提供一般地与本发明相关的背景信息：[1] 0. LopeZ、S. Bernet、J. Alvarez、J. D. Gandoy和F. D. Freijedo,"Multilevel multiphase space vector PWM algorithm"，IEEE Trans. Ind., Electron., vol. 55， no. 5， pp. 1933-1942， 2008年 5月；[2] J. Rodriguez、J. Lai和F. Z. Peng，"Multilevel inverters: a survey of topologies, controls, and applications'，，IEEE Trans. Ind. , Electron. , vol. 49， no. 4， pp. 724-738， 2002年8月；[3] S. Fazel、S. Bernet、D. Krug和K. Jalili， "Design and comparison of 4~kV neutral-point-clamped, flying-capacitor, and series-connected H-bridge multilevel converters"，IEEE Trans? Ind., Appl， vol. 43， no. 4， pp. 1032-1040， 2007年7月/8月；[4] S. Kouro、M. Malinowski、K. Gopakumar、J. Pou、L. G. Franquelo、B. Wu、J. Rodriguez、M. A. Peroez和J. I. Leon， "Recent advances and industrial applications of multilevel converters'，，IEEE Trans. Ind.，Electron.，vol. 57，no. 8，pp. 2553-2580，2010年8 月；以及[5] A. Lesnicar和R. Marquardt，"An innovative modular multilevel converter topology suitable for a wide power range"，in Proc. IEEE Bologna Power Tech Conf., 2003， pp. l_3〇
[0058]虽然已经示出、描述和指出如应用于本发明的优选实施例的本发明的基本的新颖 的特征，但是将理解，图示的方法和系统的形式和细节中的及其操作中的各种省略和替换 以及改变可以由本领域那些技术人员做出而不脱离本发明的精神。因此，意图是仅如由权 利要求书指示的那样被限制。
【主权项】
1. 一种用以产生多电平电压的换流器单元，包括： 串联连接的第一、第二和第三电容器； 第一、第二、第三和第四电力开关，每个电力开关具有反并联连接的二极管，其中第一 电力开关与第二电力开关串联连接并且第三电力开关与第四电力开关串联连接； 串联连接的第一和第二电力开关与第二电容器并联连接;并且 第三电力开关的第一节点被连接到第一电容器的第一节点;并且 第四电力开关的第二节点被连接到第三电容器的第二节点。2. 根据权利要求1所述的换流器单元，进一步包括由第一电力开关的第二节点和第三 电力开关的第二节点形成的输出端以提供多电平电压。3. 根据权利要求1所述的换流器单元，其中多电平电压是四电平电压。4. 根据权利要求1所述的换流器单元，其中换流器单元是包含多个换流器单元的电路 的部分。5. 根据权利要求4所述的换流器单元，其中电路包含η个换流器单元，其中η大于2，并且 电路被配置成提供具有至少4η+1个电压电平的相对中性点输出电压。6. 根据权利要求4所述的换流器单元，其中电路包含3η个换流器单元，其中η大于2,并 且电路被配置成提供具有至少8η+1个电压电平的相间输出电压。7. 根据权利要求1所述的换流器单元，其中换流器单元是级联模块化多电平换流器的 部分。8. 根据权利要求1所述的换流器单元，其中换流器单元是太阳能电池电力系统的部分。9. 根据权利要求8所述的换流器单元，其中换流器单元中的电容器由太阳能电池替代。10. -种多电平电压换流器，包括： 多个3η个换流器单元，其被以级联模块化多电平换流器拓扑布置，每个换流器单元具 有由3个电容器和4个电力半导体开关确定的拓扑，所述4个电力半导体开关中的每个具有 续流二极管，每个换流器具有被配置成选择性地提供4个电压电平中的一个的输出端；以及 输出端，其被使能成选择性地提供至少8η+1个相间电压电平中的一个。11. 根据权利要求10所述的多电平电压换流器，其中通过将三个电容器串联连接并通 过将四个电力开关中的两个串联连接来进一步确定拓扑。12. 根据权利要求11所述的多电平电压换流器，其中串联连接的两个电力开关被并联 连接到串联连接的三个电容器中的一个。13. 根据权利要求10所述的多电平电压换流器，其中多电平电压换流器是太阳能电池 电力系统的部分。14. 一种用于产生多电平电压信号的方法，包括： 在换流器单元的输出端上输出被使能成采取4个电平中的一个的电压信号，所述换流 器单元具有由3个电容器和4个电力半导体开关确定的拓扑，所述4个电力半导体开关中的 每个具有续流^?极管； 在电路中以级联模块化多电平换流器拓扑布置η个换流器单元；以及 在电路的输出端上选择性地提供被使能成采取至少4η+1个相电压电平中的一个的信 号。15. 根据权利要求14所述的方法，进一步包括： 在电路中以级联模块化多电平换流器拓扑布置3η个换流器单元；以及 在电路的输出端上选择性地提供被使能成采取至少8η+1个线电压电平中的一个的信 号。16. 根据权利要求14所述的方法，其中在太阳能电池电力系统中产生多电平电压。17. 根据权利要求14所述的方法，其中通过将三个电容器串联连接并通过将四个电力 开关中的两个串联连接来进一步确定拓扑。18. 根据权利要求14所述的方法，其中串联连接的两个电力开关被并联连接到串联连 接的三个电容器中的一个。
【专利摘要】级联模块化多电平换流器具有多个四电平换流器，每个ac相位产生包括相同相位中的模块的不同输出的多电平电压波形。每个模块是受控电压源。级联换流器中的电压电平的数量由每个相位中的模块和通过每个模块产生的电压电平的数量确定。N个级联4电平换流器产生4N+1个相对中性点电压电平和8N+1个相间电压电平。
【IPC分类】H02M7/483
【公开号】CN105723607
【申请号】CN201380081124
【发明人】范声芳, 薛耀锁
【申请人】西门子公司
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2013年9月23日
【公告号】CA2925264A1, WO2015041691A1