用于运行电网的方法与流程

一个电网能够具有多个能量源，通过这些能量源能够将电能提供给与该电网连接的多个耗电器。在此还可行的是，将该电网分成多个子网，不同的能量源以及耗电器分别与这些子网相关联。不同的子网可以具有不同的用于驱动该子网的电压，其中这些不同的电压具有不同的幅值和/或不同的最大值。在此，两个具有不同电压的彼此连接的子网通过电压变换器，例如直流电压转换器或交流电压转换器彼此连接。

从文件us5093583a已知一种用于机动车辆的电力系统，该电力系统包括一个低压电网以及一个高压电网。在此，由发电机产生低伏电压，该低伏电压馈送给该机动车辆的低压电网以及变压器。该变压器形成为将该低伏电压转换成高伏电压，与该低电压电网的耗电器并行地还可以用该高电压运行该高电压电网的耗电器。

在文件us20100140003a1中描述用于以交流电供应电动机的方法。在此，依据电动机的要求，通过至少一次脉冲宽度调制来提供电压，其中在分别待使用的脉冲宽度调制的多种类型、例如三种类型之间进行选择。

从文件us20130106365a1已知通过外部的能量源给电动车辆的能量存储器充电。在此可行的是，将该机动车辆的能量存储器与该外部的能量源电流隔离地或直接地充电。

在文件us20140152089a1中描述一种燃料电池系统，通过该燃料电池系统用电能供应电负载。在此，在相应的燃料电池与相应的电负载之间安排逆变器，该逆变器形成为产生相应负载所需要的多相高伏电压，其中通过选择高伏电压的相位差来避免干扰性的噪声。

从文件us20140225432a1已知一种电流变换器，该电流变换器包括三个线圈并且形成为用于在电动车辆的不同的电压源与电压网之间交换电能。

在此背景下，本发明的目的是提供一种方法以及一种装置，通过该方法和装置可以产生具有不同最大值的电压，其中待提供具有第一值的第一电压的第一耗电器不会被待提供给第二耗电器的具有第二值的第二电压干扰。

该目的通过根据权利要求1所述的方法、根据独立权利要求11所述的一种多电平变换器以及根据独立权利要求22所述的一种能量供应系统实现。自从属权利要求和说明书中得出该方法、该多电平变换器和该能量供应系统的构型。

根据本发明的方法设置为用于运行电网，该电网包括第一子网和第二子网，这些子网通过至少一个变压器彼此连接并且通过该变压器彼此电流隔离。在此，该至少一个变压器的具有第一匝数的至少一个初级侧与该第一子网相关联并且该至少一个变压器的具有第二匝数的至少一个次级侧与该第二子网相关联。该第一子网具有带有多个单独模块的多电平变换器，其中每个单独模块具有一个电能存储器。由该多电平变换器提供和/或产生至少一个第一或初级的交流电压，该第一交流电压用至少一个第二或次级的交流电压来调制，其中形成对应地至少一个所获得的交流电压。将由此类调制得到的该至少一个交流电压提供给该至少一个变压器并且由该变压器变换成提供给该第二子网的对应地至少一个输出的交流电压。

这意味着，当例如提供三个第一交流电压并且分别用第二交流电压调制、形成三个所获得的交流电压并且提供三个变压器，其中将一个所获得的交流电压提供给这三个变压器中的一个变压器，并且由相应的变压器变换成输出的交流电压，使得在此示例情况下最后将三个输出的交流电压提供给该第二子网。

该至少一个变压器的初级侧的第一匝数通常大于该次级侧的第二匝数。因此该第一子网以及因此高电压网络的该至少一个所获得的交流电压的最大幅值大于用于该第二子网(对应地形成为低电压网络)的该至少一个输出的交流电压的幅值。

在该方法中提出，该至少一个第一交流电压具有一个带有第一值的幅值和一个带有第一值的频率，并且该至少一个第二交流电压具有一个带有第二值的幅值和一个带有第二值的频率。在此，该至少一个第一交流电压的幅值的该第一值通常设定为大于该第二交流电压的幅值的该第二值。该至少一个第一交流电压的频率的该第一值设定为通常小于该至少一个第二交流电压的频率的该第二值。替代性地可行的是，该至少一个第一交流电压的幅值的该第一值小于该第二交流电压的该第二值。此外也可行的是，该至少一个第一交流电压的频率的值大于该至少一个第二交流电压的频率的值。

在一个构型中，在该多电平变换器的用于该第一子网的耗电器的端子与该多电平变换器的参考点之间用该至少一个第二交流电压来调制该至少一个第一交流电压。在此，例如该多电平变换器的星形点选择为参考点。

通常，在实施一种幅值调制的情况下，将该至少一个第二交流电压调制到该至少一个第一交流电压上并且由此添加到其上，其中该所获得的交流电压作为该至少一个第一交流电压和该至少一个第二交流电压的总和来提供。

此外可行的是，由该多电平变换器提供多个(例如三个)彼此相位偏移的第一或初级交流电压或相位，这些第一或初级交流电压或相位用该至少一个第二或次级的交流电压来调制。在此提出，分别用一个相位独立地待调节的第二交流电压来调制这些第一交流电压中的每一者。替代于此，所有第一交流电压用相同的第二交流电压来调制。

在一个构型中，该多个彼此相位偏移的第一交流电压中的相应的第一交流电压通过由多个彼此相连的单独模块的组合形成的串相对于参考点的完全分接和/或部分分接来提供并且分别用该至少一个第二交流电压来调制。

在此可行的是，在该多电平变换器的用于该第一子网的耗电器的相应的相位端子与该多电平变换器的参考点之间用该至少一个第二交流电压来调制该多个第一交流电压中的相应的第一交流电压。

在一个构型中，该至少一个第一交流电压或相位用该至少一个第二交流电压调制并且由此激发。在此进行的调制相对于该多电平变换器的参考点、例如在多电平变换器的相应端子与参考点之间调制，其中设置用于该至少一个第一交流电压或相位的相应端子。如果通过该多电平变换器产生多个第一交流电压和由此多个相位时，可以通过该至少一个第二交流电压来补偿相应的调制。

在一个构型中，将该多个所获得的交流电压中的一个相应的所获得的交流电压提供给对应地多个变压器中的一个相应的变压器，该变压器将该相应的所获得的交流电压变换成相应的输出的交流电压。

在此该对应地多个输出的交流电压中的一个相应的输出的交流电压通过对应地多个整流器中的一个相应的整流器转变成相应的输出的直流电压，其中该相应的输出的直流电压通过将该多个整流器彼此连接而转变成总电压。

包括多个具有能量存储器的单独模块的多电平变换器同样形成为能量存储器或能量源，通过该多电平变换器将具有不同频率的交流电压提供给这些子网的耗电器。在此，将具有相应地按照需要适配的幅值和频率的交流电压提供给该第一子网的耗电器。

另外，第二子网的耗电器通过该至少一个变压器取决于该至少一个所获得的交流电压来提供该至少一个输出的交流电压，其中其频率以及幅值取决于该至少一个获得的交流电压的频率和幅值以及该至少一个变压器的两个匝数之比。

此外，该多电平变换器具有多个分布式单独模块，其中由相应的单独模块的能量存储器提供直流电压或交流电压，其中对于由相应的能量存储器提供直流电压的情况，这个直流电压由多电平变换器转换为交流电压。

本发明的多电平变换器或多级变换器(也称为多电平逆变器)安排在电网中，该电网包括第一子网和第二子网，这些子网通过至少一个变压器彼此相连并且通过该变压器彼此电流隔离，其中该至少一个变压器的具有第一匝数的初级侧与该第一子网相关联并且该至少一个变压器的具有第二匝数的次级侧与该第二子网相关联。该多电平变换器安排在该第一子网中并且具有多个单独模块，其中每个单独模块具有一个电能存储器。该多电平变换器形成为，提供和/或产生至少一个第一交流电压并且用至少一个第二交流电压来调制，其中将该至少一个由此获得的交流电压提供给该多电平变换器的该至少一个变压器，该交流电压由该至少一个变压器变换成对应地至少一个输出的交流电压并且将该输出的交流电压提供给该第二子网。

控制单元与该多电平变换器相关联，该控制单元形成为，设定该至少一个第一交流电压和/或该至少一个第二交流电压的至少一个物理参数(例如幅值和/或频率)的值。根据定义，该控制单元形成为该多电平变换器的部件。

此外，该多电平变换器的至少两个单独模块(一般所有的单独模块)形成为相同的。

该多电平变换器形成为，由至少一个单独模块的能量源或能量存储器的单独电压产生或提供该至少一个第一交流电压，其中多个第一交流电压彼此叠加和/或彼此在时间上相位偏移。

此外，该多电平变换器形成为，将至少两个单独模块串联和/或彼此并联地连接，并且由至少两个待彼此组合的单独模块的单独电压的组合来提供该至少一个第一交流电压。在此，根据需要接通或切断个别单独模块。

该多电平变换器具有多个、例如三个串，其中每个串具有多个彼此连接的、通常相同地形成的单独模块的组合，其中通过每个串分别产生一个第一交流电压和因此一个相位。该相应的第一交流电压的幅值的值依赖于接通或切断相应的串中的哪个单独模块并且该串的多个接通的单独模块如何彼此串联和/或并联连接来设定。

在一个构型中，该多电平变换器形成为，由该多个串提供多个彼此相位偏移的第一交流电压，这些第一交流电压分别用该至少一个第二交流电压调制成对应地多个所获得的交流电压。

在此该多电平变换器还可以形成为，在该多电平变换器的用于该第一子网的耗电器的相应的相位端子与该多电平变换器的参考点之间用该至少一个第二交流电压来调制该多个第一交流电压中的相应的第一交流电压。

在此参考点对应于多电平变换器的星形点。

此外，该多电平变换器在另外的构型中形成为，将该多个所获得的交流电压中的一个相应的所获得的交流电压提供给对应地多个变压器中的一个相应的变压器，该变压器将该相应的所获得的交流电压变换成相应的输出的交流电压。

至少一个额外的能量源或至少一个额外的能量存储器与该多电平变换器相关联，该能量源或能量存储器形成为提供该至少一个第二交流电压。

这些单独模块的能量存储器一般形成为直流电压源。该多电平变换器具有至少一个变换器，该变换器形成为，将至少一个单独模块的能量存储器的形成为直流电压的单独电压转换成交流电压并且由此提供该至少一个第一交流电压。

通常将该至少一个高频的第二交流电压调制到该至少一个低频的第一交流电压上。

此外，将通过该多电平变换器、即通过由该多电平变换器提供的至少一个所获得的交流电压来激发该至少一个变压器的初级侧。

该至少一个变压器具有高通滤波器特性，其中通过该至少一个变压器仅考虑所获得的交流电压的部分并且将这些部分变换成该至少一个输出的电压，这些部分至少与截止频率一样大。

此外可以将至少一个电容器与该至少一个变压器的初级侧电连接，以便与该至少一个变压器的初级侧的取决于负载的有效阻抗一起，尤其受到变压器的电感、内阻和传输功率影响，而形成串联共振(serienresonanz)。由于在该至少一个变压器和该至少一个电容器的共振附近的馈送频率上的组合的明显的阻抗最小值，串联共振允许同样在这个频率处的最大功率传输，而更低和更高频率的阻抗提高并且所传输的功率对应地降低。基于该至少一个电容器形成的频率滤波器能够根据本发明以两种方式使用。一方面可以通过对该至少一个电容器的电容和对该至少一个变压器的电特性(例如电感)的选择来如下设计所述的频率，例如使得对于低频的第一交流电压的阻抗明显高于对于高频的第二交流电压的阻抗。优选用于该低频的第一交流电压的阻抗比用于该高频的第二交流电压的阻抗大至少100倍、特别优选至少10000倍。另一方面，通过对高频的第二交流电压的频率的有效改变，来自高频的第二交流电压通过该至少一个变压器的功率传输可以得到控制或调节。通过频率对功率传输的控制和调节可以例如用于在该至少一个变压器的次级侧上的至少一个电压值和/或至少一个电流值。除了高频的第二交流电压的频率之外，控制和/或调节还可以使用高频的第二交流电压的幅值作为第二个自由度。

根据本发明的能量供应系统包括电网，该电网包括第一子网和第二子网，这些子网通过至少一个变压器彼此连接并且通过该变压器彼此电流隔离，其中该至少一个变压器的初级侧具有第一匝数并且与该第一子网相关联，并且其中该至少一个变压器的次级侧具有第二匝数并且与该第二子网相关联。该第一子网包括带有多个单独模块的多电平变换器，其中每个单独模块具有电能存储器。该多电平变换器形成为，提供和/或产生至少一个第一交流电压并且用至少一个第二交流电压或输入电压来调制，其中形成对应地至少一个所获得的交流电压。该至少一个由此获得的交流电压提供给该至少一个变压器。该至少一个变压器形成为，将至少一个所获得的交流电压变换成至少一个输出的交流电压或输出电压并且提供给该第二子网。

在一个构型中，该至少一个变压器的初级侧的线圈的第一匝数大于该至少一个变压器的次级侧的线圈的第二匝数。替代性地可以设想的是，该初级侧的线圈的第一匝数小于该次级侧的线圈的第二匝数。

该能量供应系统例如待安排在机动车辆中。

另外，在一个可行的构型中，具有多个相位的电动机器作为耗电器与该第一子网相关联，其中该多电平变换器形成为，每个相位分别提供一个第一交流电压。该多个相位可以例如分别供应以第一交流电压，这些第一交流电压具有相对彼此的相位偏移。

所提出的本发明的多电平变换器在一个构型中形成为所提出的本发明的能量供应系统的部件，其中通过该多电平变换器和/或该能量供应系统向该网的耗电器(即，该第一子网的通常形成为电动机器的至少一个耗电器以及该第二子网的至少一个耗电器)供应电能。在此，在一个构型中提出，将一种此类的电动机器作为电动机运行，通过该电动机将电能转换成机械能。替代性地或补充地也可行的是，根据要求将该电动机器作为发电机运行。

在一个构型中该能量供应系统还包括至少一个整流器，该整流器形成为将该至少一个输出的交流电压转变成对应地至少一个直流电压。

在其他构型中，本发明的能量供应系统形成为提供多个第一交流电压并且分别用至少一个第二交流电压将该多个第一交流电压调制成对应地多个所获得的交流电压，其中该能量供应系统包括对应地多个变压器，其中相应地一个变压器形成为，将该多个所获得的交流电压中相应地一个所获得的交流电压变换成相应地一个输出的交流电压，并且其中该能量供应系统还包括对应地多个整流器，这些整流器连接在该多个变压器下游，其中相应的整流器形成为，将变压器的相应的输出的交流电压转变成相应的直流电压，其中该多个整流器彼此相连，使得经由这些整流器能够将相应的直流电压转变成总电压。整流器的彼此连接取决于所希望的总电压来设定或实现。

如果该能量供应系统和该网设置为用于机动车辆，则该网也形成为和/或被称为该机动车辆的车载电网。对应地，这两个子网形成为和/或被称为该机动车辆的车载电力子系统，这些车载电力子系统用幅值或最大值的大小不同的电压运行。在这种情况下还提出，在该电动机器作为电动机运行的情况下，该电动机器作为该第一子网(该第一子网的电压具有大的幅值)的耗电器形成为用于驱动或移动该机动车辆。如果该电动机器替代于此作为发电机运行，则通过该电动机器能够将该机动车辆的机械能例如在回收运行(rekuperationsbetrieb)中转换成电能，其中能够将在此提供的电能存储在该电网的能量存储器中。该第二子网(该第二子网的电压具有较小的幅值)的耗电器形成为例如用于实施该机动车辆的控制功能。

所提出的本发明的方法用该多电平变换器和/或该能量供应系统来执行，其中该方法用该多电平变换器和/或该能量供应系统来控制并因此操控和/或调节。

如果该第一子网以比该至少一个第二子网更高的电压运行，则在一个构型中通过该多电平变换器对该至少一个变压器的至少一个初级侧和由此一个初级线圈或绕组产生激发，该多电平变换器例如也形成为和/或被称为高电压多电平变换器。该至少一个第一交流电压(该交流电压由该多电平变换器提供并且通过该交流电压能够供应该第一子网的耗电器)的频率的值一般来说相对低并且为最大两千赫兹。相反，该至少一个第二交流电压(该交流电压用于调制该至少一个第一交流电压)的频率大于该至少一个第一交流电压的频率的值。

该多电平变换器例如形成为模块化多电平变换器(mmc)或mmspc。形成为mmspc的多电平变换器在s.m.goetz,a.v.peterchev和t.weyh的文献“modularmultilevelconverterwithseriesandparallelmoduleconnectivity:topologyandcontrol.”(ieeetransactiononpowerelectronics，第30卷，第1期，第203-215页，2015年,doi:10.1109/tpel.2014.2310225)，s.m.goetz,z.li,a.v.peterchev,x.liang,c.zhang和s.lukic的文献“sensorlessschedulingofthemodularmultilevelseries-parallelconverter:enablingaflexible,efficient,modularbattery”(ieeeappliedpowerelectronicsconferenceandexposition(apec),doi:10.1109/apec.2016.7468193)，以及s.m.goetz,z.li,x.liang,c.zhang,s.lukic和a.v.peterchev的文献“controlofmodularmultilevelconverterwithparallelconnectivity-applicationtobatterysystems”(ieeetransactionsonpowerelectronics,doi:10.1109/tpel.2016.2645884)中描述。在s.kouro,m.malinowski,k.gopakumar,j.pou,l.g.franquelo,b.wu,j.rodriguez,m.a.perez和j.i.leon的文献“recentadvancesandindustrialapplicationsofmultilevelconverters”(ieeetransactionsonindustrialelectronics，第57卷，第8期，第2553-2580页，2010年,doi:10.1109/tie.2010.2049719)中详细展示了形成为mmc的各种多电平变换器。

该至少一个待产生的第一交流电压一般具有高动态性。该至少一个第一交流电压的幅值的值通常比该至少一个第二交流电压的幅值的值大多个数量级。通过由多电平变换器叠加的多个第一交流电压的组合，可以实现对第一交流电压的所谓的频率复用，其中如此彼此组合的第一交流电压设置为用于从多电平变换器来对第一子网的耗电器供电。

该至少一个变压器的高通滤波器特性通过选择这两个线圈至少之一或者变压器的电感值来设定，其中相应线圈的电感取决于其匝数。

对该至少一个变压器的激发通过对应地至少一个所得到的电压的频率和/或幅值的值来设定，该电压由该多电平变换器从该调制来提供。在此，这些第一交流电压的至少幅值和/或频率适配于该第一子网的耗电器的要求。在由该多电平变换器待实施的调制的范围内执行幅值调制的类型。待执行的调制可以仅仅对于第一交流电压且因此对于第一相位或者对于多个第一交流电压且因此对于多个相位来执行，其中在后一种情况下可以对调制进行补偿。

该至少一个变压器的次级侧在一个构型中与至少一个整流器且因此在适当时与多个整流器形成的拓扑相连，其中在该至少一个整流器处进而连接有该第二子网的至少一个耗电器，其中由该至少一个变压器提供的至少一个输出的交流电压被该至少一个整流器转化为直流电压。该至少一个整流器通常形成为主动或被动的并且一般具有至少一个dc调节阶段，该dc调节阶段例如形成为降压阶段、升压阶段或降压-升压阶段。由该至少一个整流器构成的拓扑形成为至少单脉冲的或多脉冲的，例如单脉冲至十二脉冲的。为了主动调节该至少一个整流器，例如使用形成为场效应晶体管(fet)的半导体组件。为了被动调节例如使用至少一个二极管。

还可设想的是具有变流器(inverter)的整流器，例如用于100v或240v的输出。

在该方法、该多电平变换器和/或该能量供应系统的一个可行的实施方式中提出，该第一子网形成为高电压供应网络(例如>60v，优选>200v)并且该第二子网形成为低电压供应网络(例如<60v)。在此，该第二子网在一个构型中具有至少一个自身的能量存储器，例如电容器和/或电池。在此，该第一子网的平均功率需求比该第二子网的平均功率需求高多倍，例如高五倍。如果该能量供应系统和由此该电网用于机动车辆，具有例如12v、24v、48v、400v或800v的平均电压的第二子网的平均功率需求为1至5kw，其中汽车中的能量供应系统的电平典型地允许标称电压附近几个伏特的范围，如可以从技术标准文献(参见lv124，vda320和lv124)中得知的。相反，该第一子网的功率需求根据待驱动的机动车辆的构型为例如20kw至400kw以用于驱动该机动车辆。

在待通过该多电平变换器实施的调制的情况下，通过该至少一个第二交流电压将额外的功率馈送至该第一子网中并且在此加入该第一子网的动态功率调节中。为了该第一子网的当前的功率(该功率由基于该至少一个第一交流电压的实际的额定电流曲线或额定电压曲线产生)遵循当前的调节设定(regelsoll)，该当前的功率仅在时间平均中满足该第二子网的功率需求并且由此满足该第二子网的耗电器和/或能量存储器的功率需求。由该第一子网的瞬时功率需求与该第二子网的平均功率构成的这两个条件决定由该待实施的调制的程度与额定电压曲线或额定电流曲线的功率的程度构成的两个自由度。

在一个可行的构型中，用于激发在该第一子网中的变压器的调制对于该第一子网的至少一个耗电器(例如用于驱动该机动车辆的至少一个电动机器)是不可见的。通过消除在该第一子网中的该至少一个所获得的交流电压的高频分量来降低该第一子网的耗电器的静电负载。这例如涉及形成为电动机器的至少一个耗电器的绝缘，通过该绝缘尤其限定该耗电器的使用寿命。在一个构型中，作为物理电路的多电平变换器的自由度如此使用，使得相对于该物理电路或多电平变换器的参考点执行调制。在此，该参考点例如对应于通常多相的多电平变换器或多电平逆变器的星形点。在此，例如在该耗电器(例如该多相的电动机器)的相位的至少一个端子与该参考点之间实施调制。如果该耗电器具有至少一个星形点(即，一个星形点或多个星形点)，例如在该电动机器的三相星形绕组的情况下就是这种情况，则不能将该电动机器与该参考点连接。替代于此，在用于耗电器的多个相的其他端子处并行地执行调制，其中该调制仅仅在这些相位的端子与参考点之间进行，然而在耗电器的这些相位的端子之间不进行调制。在此，将该参考点作为该至少一个变压器的端子使用。

通过所提出的多电平变换器或多电平逆变器能够提供具有低失真的至少一个所得到的交流电压，由此避免其他电气设备的干扰。在该第一子网内，该电动机器使用由该多电平变换器提供的电能以用于驱动该机动车辆。在此可行的是，从该多电平变换器以电压控制的方式运行该电动机器。

该多电平变换器例如形成为在星形点处具有中性导体的中性点钳位式(npc)转换器、形成为飞跨电容器、形成为模块化多电平变换器或mmspc，通过该多电平变换器提供多个电压，例如交流电压或三相电流电压，产生这些电压以用于至少一个用于驱动该机动车辆的电动机器。设置为用于进行供应的此类电压在该高伏范围内大多数情况下具有大于60伏特、通常大于200伏特的值并且一般由多个能量存储器(例如高伏存储器)馈送。该多电平变换器的至少一个输出端与该至少一个高伏存储器电流隔离。如果该多电平变换器具有多个输出端，这些输出端同样彼此电流隔离。

通过具有多电平变换器的第一子网，电动机器可以被供应以能量，其中第一子网形成为和/或可以称为高电压系统。相反，该第二子网形成为和/或被称为低压系统，通过该低压系统用电能供应其他的耗电器，例如该机动车辆的照明装置、附属组件、控制或操纵模块或通信装置。第二子网例如具有12v、24v或48v的标称电压(具有来自技术标准文献(例如lv124和vda320)的允许的波动范围)。相反，该第一子网具有显著更高的例如110v、240v、400v或800v的电压。

所有的子网通过该至少一个变压器彼此电流隔离，使得在该第一子网中的可能的半导体损伤不能产生与该第二子网的导电连接以及因此致命的接触电压。为了提供电能而使用的多电平变换器具有很小的重量并且仅需要很小的构造空间。通过该多电平变换器能够用至少一个逆变器实现电流隔离的转换功能。例如模块化的多电平变换器在一个构型中形成为m2spc(模块化多电平并联/串联转换器)并且包括电容器和/或电池作为该多电平变换器的多个能量存储器或这些单独模块的部件。

包括该多个单独模块的多电平变换器用作能量供应系统的中央能量存储器，其中通过多电平变换器在第一子网之内产生了高电压。从多电平变换器的这个第一高电压出发，通过该至少一个变压器为第二子网提供了与之相比较小的电压，其中这两个子网通过该至少一个变压器额外地电流隔离。由该多电平变换器提供的电压仅经受很小的波动。通过该多电平变换器，作为能量存储器的多个电池是动态地可再配置的并且由此也用于机动车辆。

在一个构型中，通过通常模块化的多电平变换器由这些单独模块的多个能量存储器(这些能量存储器例如形成为直流电压源)产生用于该第一子网的交流电压，该第一子网具有高的电压值。替代于在其他情况下使用的转换器，在所提出的能量供应系统中将第二子网通过该至少一个变压器与第一子网相连，其中在这两个子网之间可以实现能量交换。该至少一个变压器通过通常低的第二输入的交流电压(该交流电压调制到该第一输入的交流电压上)被供应以电能。该第二交流电压被调制到该多电平变换器的至少一个相位(一般所有相位)上。在此合适地待选择的参考点能够实现经调制的第二交流电压不影响该电动机器的运行。

本发明的其他优点和构型从说明书和附图得出。

显然，上述的以及还将在下文中说明的特征不仅可以按照相应给出的组合来使用，也可以按照其他组合或单独地使用，而不背离本发明的范围。

本发明借助于在附图中的实施方式示意性地展示并且参照附图示意性及详细地进行描述。

图1以示意性图示示出了由现有技术中已知的电路。

图2以示意性图示示出了根据本发明的多电平变换器的第一实施方式和用于实施根据本发明方法的第一实施方式的图表。

图3a以示意性图示示出了根据本发明的能量供应系统的第一实施方式。

图3b以示意性图示示出了根据本发明的能量供应系统的第二实施方式。

图3c以示意性图示示出了根据本发明的能量供应系统的第五实施方式。

图4a以示意性图示示出了根据本发明的能量供应系统的第三实施方式。

图4b以示意性图示示出了根据本发明的能量供应系统的第四实施方式。

图4c以示意性图示示出了根据本发明的能量供应系统的第六实施方式。

图5以示意性图示示出了根据本发明的多电平变换器的第一实施方式和用于实施根据本发明方法的一个另外的实施方式的图表。

相关联地并且综合性地描述这些附图。相同的部件与相同的参考号相关联。

在图1a中示意性示出的电路2包括能量源4和高压负载6，该能量源和该高压负载通过变流器8连接，该变流器形成为将由该能量源4产生的直流电压转换成交流电压并且提供给该高压负载6。

在此可行的是，如图1b中的图表所示，通过相位角控制来产生可变的平均电压。替代地可行的是，如图1c中的图表所示，通过三点脉冲宽度调制产生可变的平均电压。

在图2a中示意性地示出的根据本发明的多电平变换器10的第一实施方式包括具有四个单独模块14a、14b、14c、14d的第一串12，同样具有四个单独模块18a、18b、18c、18d的第二串16和具有四个单独模块22a、22b、22c、22d的第三串20。在此可行的是，将这些所述的串12、16、20中的每一者也称为该多电平变换器10的臂。在此模块化的多电平变换器例如形成为mmc、mmspc或matroschka逆变器，在德国专利申请de102015112513中描述该多电平变换器。这些单独模块14a、14b、14c、14d、18a、18b、18c、18d、22a、22b、22c、22d中的每一者包括至少一个能量存储器，例如电容器或电池，因此，该多电平变换器10具有多个分布式的能量存储器。在此，通过第一串的这些单独模块14a、14b、14c、14d的能量存储器向电动机器的第一相位提供能量。通过第二串16的这些单独模块18a、18b、18c、18d向该电动机器的第二相位提供电能。此外，通过第三串20的这些单独模块22a、22b、22c、22d向该电动机器的第三相位提供能量。

附图2b、2c、2d分别包括具有横坐标24和纵坐标26的图表，沿着该横坐标标记时间，沿着该纵坐标标记电压的值。在此，图2b中的第一个图表示出第一交流电压的曲线28，耗电器或负载(在此该电动机器)需要该交流电压。在此提出，该机器在未进一步示出的第一子网内与多电平变换器10直接连接。一个另外的耗电器(该耗电器需要具有比在该第一子网中的第一耗电器更小的值的交流电压)安排在未进一步示出的第二子网中，该第二子网通过至少一个电流隔离的变压器与该第一子网连接。

第二交流电压的曲线30在图2c中的第二图表中示出，其中与图2b和2c中的图表的对比示出，第一交流电压具有比第二交流电压更高的幅值。相反，第二交流电压的频率具有比第一交流电压更高的频率。在执行本发明方法的实施方式时，将在图2c的图表中示出的具有曲线30的第二交流电压加到图2b中的具有曲线28的第一交流电压上，其中示出了如图2d中所示的具有曲线32的所获得的电压，该电压作为在用第二交流电压调制第一交流电压时的总和电压存在并且用于激发变压器的初级侧。

在图3a中示意性示出的能量供应系统40的第一实施方式包括第一子网42和第二子网44。第一子网42包括本发明多电平变换器46的第二实施方式，该多电平变换器进而包括三个彼此并联连接的串47、49、51或臂，其中此类的第一串47具有第一单独模块48a、第二单独模块48b、第三单独模块48c和第四单独模块48d。多电平转换器46的第二串49具有第一单独模块50a、第二单独模块50b、第三单独模块50c和第四单独模块50d。此外，多电平转换器46包括第三串51，该第三串具有第一单独模块52a、第二单独模块52b、第三单独模块52c和第四单独模块52d。在此，所有单独模块48a、48b、48c、48d、50a、50b、50c、50d、52a、52b、52c、52d分别具有形成为电池或电容器的能量存储器。

多电平转换器46还包括控制单元54和另外的能量存储器56。多电平转换器42的一个串47、49、51分别与耗电器58的总共三个相位u、v、w中的一个相位相关联，该耗电器在此形成为电动机器。

在运行多电平转换器46的情况下，通过控制单元54设定第一交流电压的幅值的值，该交流电压被提供给耗电器58的一个相应的相位u、v、w。在此，具有这些单独模块48a、48b、48c、48d的第一串47与第一相位u相关联。具有这些单独模块50a、50b、50c、50d的第二串49与耗电器58的第二相位v相关联。此外，具有这些单独模块52a、52b、52c、52d的第三串51与耗电器58的第三相位w相关联。

所有单独模块48a、48b、48c、48d、50a、50b、50c、50d、52a、52b、52c、52d同样地形成并且分别具有相同类型的能量存储器。依据提供相应相位u、v、w的交流电压的幅值应具有的值，由控制单元54激活相应的串47、49、51之内的至少一个单独模块48a、48b、48c、48d、50a、50b、50c、50d、52a、52b、52c、52d，一般为多个单独模块48a、48b、48c、48d、50a、50b、50c、50d、52a、52b、52c、52d，其中依据所提供的交流电压的幅值的值，在相应的串47、49、51之内将例如至少两个单独模块48a、48b、48c、48d、50a、50b、50c、50d、52a、52b、52c、52d相对彼此串联和/或并联连接。

在此提出，第一子网42用比第二子网44的第二电压更高的电压运行。这两个子网42、44在此通过电流隔离的变压器60彼此连接，其中变压器60的初级侧与第一子网42相关联，并且变压器60的次级侧与第二子网44相关联。此外，整流器62在第二子网44内连接在变压器60下游，能量存储器64连接到该整流器处。

此外，对于该多电平转换器46限定参考点66，该参考点在此处于该多电平转换器46的最小电势。在此，变压器60的初级侧一方面与参考点66连接。此外，该初级侧还与连接点连接，该连接点将多电平转换器46的第三串51与耗电器58的第三相位w连接。

在实施根据本发明方法的实施方式的情况下，通过相应的串47、49、51的这些单独模块48a、48b、48c、48d、50a、50b、50c、50d、52a、52b、52c、52d提供三相系统。

在此，第一串47与耗电器58的第一相位u、第二串49与第二相位v并且第三串51与第三相位w相关联。在该方法中，参考点66的电势没有明确确定，而是作为虚拟的星形点调节到这三个相位u、v、w的中点电压。

在该方法的一个实施方式中，将第二交流电压作为高频率的高次谐波调制到在第三相位w与参考点66之间的第一交流电压上，该第一交流电压作为变压器60的输入用于电流隔离，然而同时对于耗电器58而言是不可见的。这例如当电压vw-r、vu-r和vv-r在相应地一个相位u、v、w与参考点66之间相同时实现，其中对于相应两个相位u、v、w之间的电压差适用的是：vu-v＝vu-r-vv-r，vu-w＝vu-r-vw-r并且vu-w＝vu-r-vw-r。

用在此形成为三相mmspc的多电平转换器46通过变压器60实现对第二子网44的耗电器进行整合的电流隔离式的供应。

图3b示意性示出的本发明的能量供应系统的第二实施方式包括第一子网42和第二子网44a。第一子网42包括多电平变换器46，该多电平变换器与图3a中的多电平变换器46大体上构造相同地形成。这两个子网42、44a在此通过两个电流隔离用的变压器60a、60b彼此连接。在此变压器60a的初级侧与第一子网42相关联，并且变压器60a的次级侧与第二子网44a相关联。变压器60b的初级侧同样与第一子网42相关联，并且变压器60b的次级侧同样与第二子网44a相关联。此外，整流器62a在第二子网44a之内连接在变压器60a下游。整流器62b在第二子网44a之内连接在变压器60b下游。整流器62a、62b在此彼此并联连接并且连接到能量存储器64。替代于此，还可以设想的是，将整流器62a、62b彼此串联连接。串联连接优选用于产生第二子网44a的在高伏范围(>60v)内的电压。整流器62a、62b的彼此连接取决于应提供给能量存储器64的直流电压或者在第二子网的此处未展示的一个或多个耗电器中存在何种能量需求来设置。

此外，如在图3a中展示的，对于多电平变换器定义了参考点66，在此为星形点。变压器60a的初级侧在此一方面与参考点66相连且另一方面与耗电器58的相位端子(即连接点)相连，该相位端子将多电平变换器46的第二串49与耗电器58的第二相位v相连。变压器60b的初级侧在此一方面与参考点66相连且另一方面与连接点或相位端子相连，该连接点或相位端子将多电平变换器46的第三串51与耗电器58的第三相位w相连。

由此一方面在耗电器58的与相位v相关联的相位端子与参考点66之间从第二串49分接出第一初级交流电压、将其用第一次级交流电压调制并且作为第一所获得的交流电压提供给变压器60a或变压器60a的初级侧。此外在耗电器58的与相位w相关联的相位端子与参考点66之间从第三串51分接出第二初级交流电压、将其用第二次级交流电压调制并且作为第二所获得的交流电压提供给变压器60b或其初级侧。第一次级交流电压和第二次级交流电压一般是相同的，即，由串49和51提供的相应的初级交流电压以相同的方式(即以相同的、一般为高频的信号)来调制。第一所获得的交流电压由变压器60a变换成第一输出的交流电压，并且通过整流器62a转变成第一直流电压。第二所获得的交流电压由变压器60b变换成第二输出的交流电压，并且通过整流器62b转变成第二直流电压。通过连接整流器62a和62b，将第一直流电压和第二直流电压提供给能量存储器64。通过多电平变换器46和由其提供的交流电压vu-v、vu-w和vv-w实现了3相系统。由此参考点66的电势不是唯一确定的，而是一般仅仅任意地作为虚拟星形点调节到这(此处)三个相电压(即由相应的串47、49和51提供的交流电压)的中点电压上。现在将这种自由度用于，以相同的、一般为高频的信号(即第二交流电压)对经由这两个串49和51的提供给耗电器58的相位v和w的第一交流电压进行相应的调制，并且在此同时实现对调制的至少部分的补偿，使得高频信号或第二交流电压对于耗电器58是基本上不可见的。对应地，通过近似相同的高频信号，基于由于耗电器58的连接点的选择而造成的这两个高频信号的差值形成可以实现在耗电器58的连接点处基本上消除该高频信号。在图3c中示意性展示了另一个实施方式。至少一个电容器75与变压器60形成串联共振，其方式为将该电容器与变压器电串联连接。该至少一个电容器75和变压器60的电特性的选择可以如此进行：使得该高频信号的频率对应于共振频率并且因此该至少一个电容器75和变压器60形成的组合在该高频信号的频率下具有低电阻抗，但是在耗电器58的信号的频率下具有高电阻抗，优选至少高100倍的电阻抗。待选择的电特性优选为变压器60的电感和该至少一个电容器75的电容。

在图4a中示意性示出的本发明能量供应系统70的第三实施方式包括第一子网72和第二子网74。第一子网72包括根据本发明的多电平转换器76的第三实施方式。在此提出，多电平转换器76的第三实施方式形成为与多电平转换器46的第二实施方式在很大程度上结构相同。此外，根据本发明的能量供应系统70的第二实施方式的这两个子网72、74包括与图3中根据本发明的能量供应系统40的第一实施方式相同的部件。

在此，对于耗电器58的相应的相位u、v、w，也通过串联和/或并联连接一个相应的串47、49、51的这些单独模块48a、48b、48c、48d、50a、50b、50c、50d、52a、52b、52c、52d来提供具有第一值的最大幅值。此外，将第二或次级交流电压调制到该至少一个第一或初级交流电压上，该第二或次级交流电压的幅值具有更低的第二值。然而，第二交流电压具有比第一交流电压更高的频率。

该能量供应系统70的第三实施方式与图3的第一实施方式和第二实施方式的不同之处在于：变压器60的初级侧与这两个子网72、74之间的参考点66相连接并且与该多电平转换器46的第三串51的第三模块52c与第四单独模块52d之间的一个端子连接。这意味着，在此仅从串51的一部分分接出第一交流电压，第二交流电压调制到其上。也就是说，在此进行串51的部分分接。

第三和第四实施方式具有以下优点：只用相应串51、49的一部分来产生被调制的交流电压。这任选地允许相应串的其余的、未参与产生被调制的交流电压的模块52d、50d受到控制，使得其电压相应地产生被调制的交流电压的相反值(inverse)。一个串中的那些在电学上位于变压器60、60a、60b的该至少两个连接点之间的串部分中的模块都可以参与产生被调制的交流电压。在所描述的这种控制情况下，在相应的串51、49的末端之间，被调制的交流电压无法测量或者只能以非常小的幅值测量。因此，任何如此调制的电压也是针对负载58被消除的。

图4b中示意性示出的能量供应系统包括第一子网72和第二子网74a。第一子网72包括多电平变换器76，该多电平变换器与图4a中的多电平变换器76大体上构造相同地形成。这两个子网42、44a在此通过两个电流隔离用的变压器60a、60b彼此连接。在此变压器60a的初级侧与第一子网42相关联，并且变压器60a的次级侧与第二子网74a相关联。变压器60b的初级侧同样与第一子网42相关联，并且变压器60b的次级侧同样与第二子网74a相关联。此外，整流器62a在第二子网74a之内连接在变压器60a下游。整流器62b在第二子网74a之内连接在变压器60b下游。整流器62a、62b在此彼此并联连接并且连接到能量存储器64。替代于此，还可以设想的是，将整流器62a、62b彼此串联连接。整流器62a、62b的彼此连接取决于应提供给能量存储器64的直流电压或者在第二子网的此处未展示的一个或多个耗电器中存在的能量需求来设置。

此外，如在图4a中展示的，对于多电平变换器定义了参考点66，在此为星形点。变压器60a的初级侧在此一方面与参考点66相连并且另一方面与位于单独模块52b与单独模块52c之间的连接点相连。于是在此仅进行串51的部分分接。变压器60b的初级侧同样一方面与参考点66相连并且另一方面与位于单独模块50c与单独模块50d之间的连接点相连，使得在此也仅进行串49的部分分接。

由此一方面经由部分分接从第三串51分接出第一初级交流电压、将其用第一次级交流电压调制并且作为第一所获得的交流电压提供给变压器60a或变压器60a的初级侧。另外，经由部分分接从第二串49分接出第二初级交流电压、将其用第二次级交流电压调制并且作为第二所获得的交流电压提供给变压器60b或变压器60b的初级侧。第一次级交流电压和第二次级交流电压一般是相同的，即，从串49和51分接的相应的初级交流电压以相同的方式(即以相同的、一般为高频的信号)来调制。第一所获得的交流电压由变压器60a变换成第一输出的交流电压，并且通过整流器62a转变成第一直流电压。第二所获得的交流电压由变压器60b变换成第二输出的交流电压，并且通过整流器62b转变成第二直流电压。通过在此并联连接整流器62a和62b，将第一直流电压和第二直流电压提供给能量存储器64。

类似于在图3b中所描述的，通过以相同的、一般为高频的信号(即第二交流电压)对经由串49和51的这两个子分接点提供的第一交流电压进行适合的相应的调制，可以实现对调制的至少部分的补偿，使得高频信号或第二交流电压对于耗电器58是基本上不可见的。

在图4c中，根据图3c的原理将变压器60a、60b中的至少一个与至少一个电容器75a、75b电串联连接。

图5a示出由图2a中已知的根据本发明的多电平转换器10的第一实施方式。

在此，在图5a中还示出一个水平的箭头13，沿着该箭头得出多电平转换器10的相-相电压，该电压在此对应于在相应的两个串12、16、20之间的这些交流电压之间的电压差。沿着一个竖直取向的箭头15得出一个相应的串12、16、20的相应的第一或初级交流电压的值，该交流电压依赖于一个相应的串12、16、20具有多少单独模块14a、14b、14c、14d、18a、18b、18c、18d、22a、22b、22c、22d从而有助于提供基于这些单独模块14a、14b、14c、14d、18a、18b、18c、18d、22a、22b、22c、22d的串联和/或并联连接的相应的第一针对串的或针对相位的交流电压。

附图5b、5c、5d分别包括具有横坐标24和纵坐标26的图表，沿着该横坐标标记时间，沿着该纵坐标标记电压的值。在此，图5b中的该第一图表包括第一初级交流电压或相位的曲线80，该交流电压或相位通过连接(即，通过串联和/或并联连接)该多电平转换器的第一串12的这些单独模块14a、14b、14c、14d来提供。第二曲线82示出多电平转换器10的第二初级交流电压或相位，该交流电压或相位通过该多电平转换器的第二串16的这些单独模块18a、18b、18c、18d提供。第三曲线84示出第三初级交流电压或相位，该交流电压或相位通过连接多电平转换器10的第三串20的这些单独模块22a、22b、22c、22d提供。在此，这三个初级的和由此第一交流电压具有相同的频率和相同的幅值。此外，这些初级交流电压彼此相位偏移120°。

图5c中的图表示出第二或次级交流电压的曲线86，该交流电压进而调制到这三个初级交流电压上。

在图5d的图表中示出由此得到的电压(在此为得到的交流电压)的曲线88、90、92。

在此也提出，多电平转换器10安排在第一子网中，该子网同样具有三相的耗电器，将这三个初级交流电压提供给该三相的耗电器。此外，这个子网通过至少一个变压器与第二子网相连，其中第一子网内电压的幅值的值大于在第二子网中的电压的幅值的值。

图5e以示意性图示示出该第一子网的耗电器或电动机器的控制器或机器调节器94，通过该第一子网的三个相位u、v、w由多电平转换器10提供这三个初级交流电压，这些交流电压的曲线80、82、84在图5b中示出。在此，第一相位u与多电平转换器10的第一串12、第二相位v与第二串16相关联并且第三相位w与第三串20相关联。此外，由多电平变换器10的控制单元96产生第二或次级交流电压(在此为具有随时间变化的幅值和/或频率的高频信号，例如用于调节功率)，其曲线86在图5c的图表中示出。将该第二交流电压叠加在这三个第一交流电压上并且提供给该耗电器，在此为电动机器。

由此，在对该电动机器实施调节的情况下由控制单元94提供这些第一针对相位的交流电压u、v、w或针对相位的电流。(替代性地可行的是，控制单元94与多电平转换器10相关联并且形成为监控该电动机器的运行并且基于该运行设定这些交流电压和/或电流。)

除其他之外用于控制多电平转换器10的直流电压变换器的控制单元96产生具有时间可变的幅值和/或频率的高频率的第二交流电压，该控制单元例如设置为用于调节该第二子网的耗电器的功率。因为该第二交流电压被调制到所有三个第一交流电压或相位上，该第二交流电压对于该第一子网的耗电器或电动机器而言是不可见的。第二交流电压同时对应于耗电器或电动机器的参考点与多电平变换器10的参考点之间的差，其中在星形绕组的情况下相应的参考点通常形成为星形点。