多电平转换器的制造方法

多电平转换器的制造方法【专利摘要】提供了一种用于执行DC到AC或者AC到DC电压转换的多电平转换器。该多电平转换器具有第一DC端子和第二DC端子、第一转换器臂和第二转换器臂，其中每个转换器臂包括至少一个转换器单元、至少一个AC端子和电部件。第一转换器臂、电部件和第二转换器臂在第一DC端子和第二DC端子之间串联连接。电部件连接在第一转换器臂和第二转换器臂之间。【专利说明】多电平转换器【
技术领域：
】[0001]本发明涉及用于执行DC到AC或者AC到DC电压转换的多电平转换器。【
背景技术：
】[0002]多电平转换器最近被采用用于在DC(直流）电压和AC(交流）电压之间转换。这样的转换器提供不同的电压电平，例如可以通过所述电压电平合成AC电压。转换器在AC电压的生成中可以进一步使用脉宽调制（PWM)技术。在AC输出处的不同电压电平的使用进一步减少针对PWM的需要的切换频率。类似地，这样的转换器可以被用于从AC电压输入生成DC电压。[0003]模块化多电平转换器(MMC)是近代提出的有希望的多电平转换器拓扑。这样的转换器具有模块化结构，其为容错应用提供冗余单元和容易的可伸缩性。MMC可以包括串联的多个转换器单元。每个单元可以具有两个开关和电容器。当开关中的一个接通时，旁路电容器并且转换器单元的输出电压是零。当另一个开关接通时，在输出处获得电容器电压。对于串联连接的许多单元，可以使转换器的输出电压相对平滑并且不需要或者需要非常少的滤波来改进输出电压质量。[0004]在这样的拓扑中，为生成具有期望的峰到峰幅度的输出AC电压，每个转换器臂需要能够生成具有大于AC峰到峰幅度的量值的电压。需要相应地额定（rate)转换器的电气和电子部件。额定较高的部件常常较昂贵并且更难生产。【
发明内容】[0005]因而，存在针对改进的多电平转换器，特别是针对能够以具有减少的额定电压的部件操作的多电平转换器的需要。[0006]通过独立权利要求的特征来满足该需要。从属权利要求描述了本发明的实施例。[0007]根据本发明的实施例，提供了一种用于执行DC到AC或AC到DC电压转换的多电平转换器。多电平转换器包括第一DC端子、第一转换器臂和第二转换器臂，每个转换器臂包括至少一个转换器单元、以及至少一个AC端子。多电平转换器进一步包括电部件，其中第一转换器臂、电部件和第二转换器臂在第一DC端子和第二DC端子之间串联连接。电部件连接在第一转换器臂和第二转换器臂之间。AC端子电耦合到电部件使得可以将跨电部件施加的电压变换到在AC端子上的输出电压，或者使得可以将供应到AC端子的电压变换到跨电部件施加的电压。[0008]因为例如在执行DC到AC转换时拾取跨电部件的差分电压，所以仅需要每个转换器臂产生与常规多电平转换器相比较低的电压。作为示例，可能需要跨电部件提供+/-半峰到峰AC电压的最大值，用于生成具有全峰到峰幅度的输出AC电压。因此，在每个转换器臂中，可以使用具有较低额定电压的部件。[0009]在实施例中，电部件可以包括串联连接在第一转换器臂和第二转换器臂之间的电感器。[0010]在实施例中，多电平转换器是具有用于每相的AC端子的至少三相转换器。第一转换器臂、电部件和第二转换器臂是转换器支线（converterleg)的一部分。多电平转换器可以包括用于每相的这样的转换器支线（即其可以包括用于三相的三个转换器支线)，其中用于每相的AC端子电耦合到各个转换器支线的电部件。在这样的配置中，多电平转换器可以将DC电压转换到三相或更多相的AC电压，并且可以将三相或更多相的AC电压转换到DC电压。[0011]在实施例中，电部件是具有第一变压器绕组和第二变压器绕组的变压器，第一变压器绕组与第一转换器臂和第二转换器臂串联连接，第二变压器绕组连接到AC端子。第一变压器绕组可以电感地耦合到第二变压器绕组。第一和第二变压器绕组可以例如具有耦合的磁通量。变压器提供简单配置，在所述简单配置中，可以在AC端子处提供跨第一变压器绕组的电压。变压器可以进一步用于增加或减少生成的AC电压的电压幅度。[0012]每个变压器的第二绕组可以具有两个端子。每个第二绕组的一个端子可以连接到各个AC端子。另一个端子可以连接到剩余的变压器的第二绕组的相应的其他端子。在三相多电平转换器中，三个变压器的第二绕组的其他端子可以因此以星形配置连接。[0013]在实施例中，单个电感器可以与第一转换器臂和第二转换器臂串联连接。可以由变压器的第一绕组提供电感。因而，借助于变压器的第一绕组，可以限制在转换器支线中的循环电流（circulatingcurrent)〇[0014]在第一变压器绕组上的电压和在第二变压器绕组上的电压之间的比可以是大约1:1。特别地，第一变压器绕组和第二变压器绕组的绕组比可以是大约1:1。[0015]在另一实施例中，在第一变压器绕组上的电压和在第二变压器绕组上的电压的电压比可以小于大约1:1，例如在大约1:1和大约1:3之间。特别地，第一变压器绕组和第二变压器绕组的绕组比可以位于大约1:1到大约1:3的范围之内。这样，当用作DC到AC转换器时，甚至可以进一步减少在转换器臂中的电或电子部件的额定电压以便实现生成的AC电压的特定的期望峰到峰电压幅度。[0016]多电平转换器可以被配置成具有操作的模式，在所述操作的模式中，多电平转换器执行DC到AC电压转换，其中在第一和第二DC端子之间提供待转换的DC电压，并且其中变压器的第一绕组是主绕组并且变压器的第二绕组是次级绕组。一般地，变压器的主绕组是向其施加变化电流的绕组，而次级绕组是在其中通过电感耦合感应电压的绕组。应注意操作的该模式可以是仅有的模式，即多电平转换器可以被配置成作为逆变器（inverter)操作。[0017]多电平转换器可以被配置成具有操作的模式，在所述操作的模式中，多电平转换器执行AC到DC电压转换，其中在一个或多个AC端子处提供待转换的AC电压，并且其中变压器的第二绕组是主绕组并且变压器的第一绕组是次级绕组。再次，可以向多电平转换器仅提供操作的该模式，即其可以被配置成作为整流器操作。[0018]在其他实施例中，可以向多电平转换器提供两种操作模式，即其可以是作为逆变器或者整流器而可操作的。[0019]在实施例中，在AC端子处的AC电压可以具有某个峰到峰幅度，其中每个转换器臂的转换器单元被配置成累积地生成小于峰到峰幅度的大约70%、优选地小于峰到峰幅度的大约60%的最大电压。在某些配置中，它们甚至可以被配置成生成小于AC峰到峰幅度的50%的最大电压。应注意可以提供这样的配置，不论多电平转换器是作为逆变器还是作为整流器操作。因此，可以减少转换器臂的电气部件的额定值。在AC端子处的AC电压可以是通过多电平转换器生成的输出AC电压，或者其可以是向AC端子提供的作为用于转换的输入的AC电压。[0020]在实施例中，每个转换器单元包括电容器，并且被配置成充当其输出是可控的电压源。在最简单的情况下，控制可以包括电压源的打开或者关闭。在更复杂的配置中，也可以连续地或者逐步地控制电压电平。[0021]每个转换器单元可以包括用于在转换器臂中串联连接，即在第一和第二DC端子之间串联连接转换器单元的电容器的一个或多个开关。该一个或多个开关可从多电平转换器的控制单元控制。作为示例，可以提供开关，使用该开关可以旁路电容器或者转换器单元，并且相同的开关或者另一开关可以被用于将单元的电容器串联连接在第一和第二DC端子之间，即与在转换器支线中的其他销售（sell)串联。开关可以是半导体开关，诸如IGBT(绝缘栅双极晶体管)、闸流晶体管等等。更进一步地，一个或多个开关可以是控制单元可控制的，使得转换器单元的电容器例如从跨第一和第二DC端子施加的电压或者从施加到AC端子的电压充电。[0022]在实施例中，多电平转换器进一步包括控制单元，所述控制单元与每个转换器单元通信并且被配置成以以下这样的方式控制每个转换器单元的输出：实现根据操作的实际模式的电压转换。当作为逆变器操作时，控制单元可以例如控制每个转换器单元，使得在转换器的AC端子处合成AC电压。类似地，当作为整流器操作时，可以通过控制单元以在DC端子处合成DC电压的这样的方式控制单元。更进一步地，控制单元可以被配置成测量电压电平，特别是借助于所述通信测量转换器单元的电容器的充电状态。因此其可以被配置成控制在转换器单元中提供的电容器的充电和放电。作为示例，可以通过光学手段提供通信，特别是通过将控制单元光学地耦合到转换器单元的玻璃纤维等提供通信。控制单元可以被更进一步地配置成执行PWM方案用于实现期望的电压转换。[0023]在实施例中，多电平转换器是在每个转换器臂中具有至少两个转换器单元的模块化多电平转换器(MMC)。这样的配置可以向转换提供减少的干扰，其中不需要对转换电压的滤波或者仅需要对转换电压少的滤波，并且更进一步提供容易的可伸缩性和故障安全操作，因为在操作期间可以交换转换器单元并且因为提供了一定程度的冗余。[0024]在实施例中，电子部件包括电感器。第一转换器臂、电子部件和第二转换器臂可以是连接在第一和第二DC端子之间的一个转换器支线的一部分。在三相转换器中，可以提供三个这样的转换器支线，每个都具有相似的配置。第一转换器臂、电感器和第二转换器臂例如串联连接在第一DC端子和第二DC端子之间。AC端子可以例如借助于连接到AC端子并且形成电部件的一部分的第二电感器来电感地耦合到电感器。例如，电感器可以是变压器的第一和第二绕组。[0025]进一步的实施例提供了一种HVDC(高压直流)传输系统，该系统包括用于针对HVDC传输将AC电压转换到DC电压或者将在HVDC传输线上接收的DC电压转换到AC电压的在任何上述配置中的多电平转换器。例如，这样的HVDC传输系统例如可以是HVDC转换器站。可以在这样的传输系统中实现类似于上文进一步概述优势的优势。[0026]上文提及的以及下文仍要解释的本发明的实施例的那些特征可以彼此组合，除非相反地指出。【专利附图】【附图说明】[0027]根据结合附图阅读的以下详细描述，本发明的前述和其他特征和优势将变得进一步地明显。在图中，相同的参考标号是指相同的元素。[0028]图1是图示了常规模块化多电平转换器(MMC)的示意图。[0029]图2是示意地图示了在图1的MMC的AC端子处的电压以及通过在图1的MMC的点4和A2处的转换器臂生成的电压的图。[0030]图3图1的MMC的简化的示意图。[0031]图4图示了根据发明的实施例的模块化多电平转换器的示意图。[0032]图5是图示了在图4的MMC的AC端子处的电压以及在点Ai和A2处的MMC的转换器臂生成的电压的示意图。[0033]图6是更详细地图示了图4的MMC的转换器单元的配置的示意图。[0034]图7a、7b和7c是图示了在具有类似于图4的配置的配置的根据本发明的实施例的模块化多电平转换器处测量的电压和电流的图。【具体实施方式】[0035]在下文中，更详细地描述了在附图中图示的实施例。应该清楚以下描述仅是说明性的并且是非限制性的。图仅是示意性表示，并且在图中的元素未必彼此按比例的。在图中图示的元素之间的连接可以是直接或间接耦合，即它们可以是利用一个或多个介入元素进行耦合的。[0036]图1图示了作为逆变器操作的常规多电平转换器100。多电平转换器100连接到DC功率源13和AC负载14。多电平转换器100具有并联连接在DC端子11和12之间的三个转换器支线21、22、23。每个转换器支线包括串联连接在DC端子之间的多个转换器单元30、31、32、33，并且进一步包括与转换器单元串联连接的两个电感器18。八(：端子15、16和17分别在点A、B和C处连接到在电感器18之间的电气链路。DC电压源包括两个部分，在两个部分之间的链路被设置到零电压电势(如由在图1中的0指示的)。应注意仅出于说明的目的选择电压源的这样的配置，使得定义明确的参考点〇是可用的。应该清楚可以根据实际应用配置电压源。电压源例如可以是例如在DC总线上提供的电容器的单个电容器，其可以是整流器等的输出。因此，中点（点0)可以不是可用的，其可以物理上不存在。在其他实施中，在点0处的电压可以不在零电势处，但是可以在任何其他电势处。[0037]多电平转换器100的转换器单元作为电压源操作，并且通过控制转换器单元，可以调整在点A、B和C处的电压电势。这样，可以在AC端子15、16和17处合成AC波形。[0038]第一转换器臂可以包括耦合在AC端子和第一DC端子之间的单元，并且第二转换器臂包括耦合在AC端子和第二DC端子之间的转换器单元。针对转换器支线21，在图2中图示了必须通过第一转换器臂（单元30…31)和第二转换器臂（单元32…33)产生以合成AC输出电压的电压。在图2中，E指示由DC电压源13提供的差分电压。因而，对于在电压源的两个部分之间提供的零伏特的电势，上DC轨（rail)(DC端子11)具有E/2的电压电势，而下DC轨（DC端子12)具有-E/2的电压电势。在图2中的X轴是时间轴。在时间点201处，在AC端子15处的电压具有最大幅度，其是通过第二转换器臂生成接近于E的电压(箭头220)实现的，而转换器支线21的第一转换器臂生成可忽略的电压(箭头221)。现在增加由第一转换器臂生成的电压，而减少第二转换器臂的电压，使得生成描绘的AC波形(参见在时间点202和203)。应注意索引U指示上(或第一）转换器臂而索引L指示下(或第二）转换器臂。[0039]如从上文可见的那样，现有技术多电平转换器100需要每个转换器生成几乎等于由DC电压源13提供的DC电压E的电压。生成的电压需要稍大于在AC端子处提供的AC波形的峰到峰幅度。因此，DC电路的电部件并且特别是转换器单元的电部件需要至少针对AC峰到峰电压进行额定。[0040]为实现更全面的表示，每个转换器臂的转换器单元在下文中被受控电压源40代替，如在图3中图示的。[0041]图4图示了根据本发明的实施例的多电平转换器10。[0042]多电平转换器10适于执行在AC(交流）电压和DC(直流）电压之间的电压转换。多电平转换器10包括第一DC端子11和第二DC端子12用于连接到DC功率源13或者连接到需要DC电功率的负载。经由端子11和12,多电平转换器10可以例如连接到用于电能的HVDC(高压直流）传输的DC传输线。[0043]在多电平转换器10的AC侧上，提供AC端子15、16和17用于连接三相AC功率源或者用于向诸如AC马达等的AC负载14供应三相AC功率。在其他配置中，可以提供仅一个用于供应或接收单相AC电压的AC端子。当DC功率源13连接到DC端子11和12并且AC负载14连接到端子15、16和17时，多电平转换器10作为逆变器操作。反之，当AC功率源连接到AC端子15、16和17并且DC负载连接到DC端子11和12时，多电平转换器10作为整流器操作。应注意，多电平转换器10可以被配置作为整流器或者作为转换器，或者可以被配置成具有两个操作模式。[0044]在图4中图示的多电平转换器中，三个转换器支线21、22和23并联连接在DC端子11和12之间。每个转换器支线包括第一或上（U)转换器臂41和第二或下（L)转换器臂42。每个转换器臂包括由在图4中的受控电压源40表示的一个或多个转换器单元31、32、33、34。在这方面，该配置类似于图1的配置，因此上文给出的解释同样地应用于多电平转换器10。[0045]可以提供转换器单元作为模块，并且多电平转换器10可以是模块化多电平转换器（MMC)。这样的模块化结构使能可伸缩性并且提供可以被用于容错应用的转换器单元的一定的冗余。应该清楚多电平转换器10可以包括更多的转换器支线，或者可以仅包括一个或两个转换器支线。[0046]在每个转换器支线21、22、23中，电部件50与上和下转换器臂41、42串联连接。特别地，电部件50连接在上和下转换器臂之间。电部件50被配置成使得电压降跨电部件50发生。电部件50以这样的方式耦合到各个AC端子15、16和17:在各个AC端子处提供与跨电部件50的电压降成比例的电压。[0047]因而，为在AC端子处生成AC波形，可以借助于上和下转换器臂41、42生成相应的电压来改变跨电部件50的电压降。因为在AC端子处的输出现在与跨电部件50的电压降成比例，所以可以减少每个转换器臂需要生成的电压，其可以几乎被减半。[0048]在图4的示例中，以具有第一绕组51和第二绕组52的变压器的形式实施电部件50。第一绕组51串联连接在上转换器臂41和下转换器臂42之间。该配置具有这样进一步的优势：第一变压器绕组51充当电感器并且因此减少在各个转换器支线21、22、23中的循环电流。因而，不需要如在图1的配置中的附加的电感器18。[0049]变压器提供耦合在第一变压器绕组51和第二变压器绕组52之间的电感。在某些实施例中，可以选择变压器绕组的1:1的比，使得跨第一变压器绕组51的电压本质上对应于跨第二电压器绕组52的电压（忽略损耗)。在其他配置中，可以选择不同的绕组比，使得可以增加在第二变压器绕组52处的电压。在第一和第二变压器绕组之间的绕组比可以例如位于大约1:1到大约1:3的范围之内。应注意，这些是仅出于说明的目的给出的示例，并且在第一和第二变压器绕组之间的绕组比可以是任何数(小于、等于或者大于1)。可以选择绕组比来满足多电平转换器的实际应用的需要。[0050]应注意上文的解释同样地应用于转换器支线21、22、23中的每个，其中可以针对每个转换器支线移动相位，从而实现在端子15、16和17处的三相AC输出。如从图4可见的那样，这可以通过将变压器的每个第二绕组的一个端子连接到各个AC端子15、16或17来实现。第二变压器绕组的其他端子以星形配置连接在一起，因此提供共同参考。[0051]对于图4的配置，仅需要由DC功率源13提供一半的电压。因而，功率源13的每个部分提供E/4的电压。因而，在共同接地在0处的情况下，在DC端子11处的电压电势是+E/4,而在DC端子12处的电压电势是-E/4。需要由每个转换器臂41、42生成以在AC端子15、16、17处生成类似于在图2中图示的AC电压的AC电压的电压在图5中示出。线501图示了在AC端子处的AC电压。总是关于零电势0,点线502是在图4中的点&处的电压，而短划线503是在图4的点A2处的电压。因为现在在AC端子处提供跨第一变压器绕组51的电压降，所以必须取得在这两个电压之间的差用于获得输出AC电压501。箭头再次在图5中指示针对三个时间点201、202和203的必须由上或下转换器臂生成的电压。应注意，如上文指示的那样，第一和第二DC端子11和12现在分别在电压+E/4和-E/4处，使得这些是箭头从其开始的电压电平。如在时间点203可见的那样，需要由转换器臂生成的电压小于E/2。其仅稍高于AC电压波形501的峰到峰电压的一半。[0052]如上文提及的那样，仅出于说明的目的选择具有两个部分和在部分之间的零电压参考点的电压源13。实施例可以采用任何DC电压源，例如单个电容器、整流器的输出等。因而，点0可以不存在。[0053]应注意图2和5的图仅是出于说明的目的给出的波形的示意表示。在真实的应用中，波形将看起来不同，因为为了实现AC电压波形，一般将另外使用利用调制的脉冲(PWM)。图2和5忽略由PWM引起的影响。[0054]因而，对于图4的配置，每个转换器臂仅需要产生小于电压E的一半。变压器基本上执行由上转换器臂和下转换器臂提供的电压的减法（subtraction)，因此实现减少的电压需要。假设理想的变压器，跨第一变压器绕组51的电压然后将被施加在连接到第二变压器绕组52的负载14上。因为转换器臂仅需要产生与常规多电平转换器相比的大约一半的电压，所以转换器单元并且特别是在转换器单元中的电容器可以被额定在常规多电平转换器的额定值的一半处。进一步地，DC总线量值也可以被减少到常规多电平转换器的值的一半(例如DC功率源13需要提供仅一半的电压)。更进一步地，多电平转换器的拓扑可以保持本质上相同，因此不需要多电平转换器的特殊设计。第一变压器绕组51的电感进一步帮助限制在各个转换器臂21、22或23中的循环电流。而且，通过使用具有不同绕组比的变压器，可以甚至进一步地减少在多电平转换器的DC侧的额定电压。[0055]图6图示了转换器单元30的实施例，其可以与本文描述的多电平转换器10的任何实施例一起使用，即可以在受控电压源40中使用一个或多个这样的转换器单元。转换器单元30、31、32、33中的每个和多电平转换器的其他转换器单元可以如在图6中图示的那样被配置。转换器单元30包括第一开关S1和第二开关S2以及电容器55。开关S1和S2可以是半导体开关，特别是IGBT、功率M0SFET、功率闸流晶体管等等。二极管58和59更进一步地耦合到开关S1和S2。[0056]使用端子56和57将转换器单元30与转换器支线的其他转换器单元串联连接。借助于开关S1和S2,在转换器单元30的端子处的电压可以被切换到零伏特(单元被旁路)或者被切换到电容器55充电到的电压。当开关S1闭合时，电容器被旁路并且单元的输出电压是零。当S2闭合时，在端子处获得电容器电压。通过在转换器臂中串联连接若干单元，可以将转换器臂的输出电压调整到不同的电压电平。因此，在通过电部件50耦合到转换器支线的AC端子处，可以获得不同的输出电压，并且可以调整不同的输出电压从而获得相对平滑的交变电压，该交变电压不需要或者仅需要大约小的滤波来改进输出电压质量。[0057]每个转换器单员30可以更进一步地包括控制接口，用于控制开关S1和S2并且用于获得有关状态、特别是电容器55的充电状态的信息。可以通过电压传感器(未示出)来获得这样的信息。作为不例，可以另外向电端子56和57提供双向光纤接口61。[0058]多电平转换器10可以包括通过这样的接口61连接到多电平转换器10的每个转换器单元的控制单元60。控制单元60控制每个转换器单元30的开关S1和S2的状态，并且更进一步地测量电容器55的电压电平。借助于在控制单元60上运行并且控制开关S1和S2的相应的控制软件，可以在多电平转换器的操作期间控制电容器55的充电电平，并且因而，可以控制由转换器单元30供应的电压用于生成需要的AC输出电压。出于全面的呈现的目的，在图4中未示出控制单元60。[0059]转换器单元30可以是转换器模块(或者可以被称为子模块)，并且转换器10可以是模块化多电平转换器。特别地，除电部件50之外，转换器10可以如在由A.Lesnicar和R.Marquardt在IEEEPowerTechConf，2003,页码1-6中的出版物"Aninnovativemodularmultilevelconvertertopologysuitableforawidepowerrange，'中描述的那样被配置和操作，通过引用将其全文并入于此。[0060]图7A、7B和7C图示了从具有类似于图4的配置的配置的多电平转换器获得的实验结果。在该实施例中，控制单元包括DSP(数字信号处理器）用于生成用于控制转换器单元的电压的脉宽调制（PWM)脉冲图案。在图7A到7C的示例中，使用30伏特的DC链路电压E。在该实施例中，对于每个转换器臂具有3个转换器单元，多电平转换器包括三个转换器支线。使用具有0.18mH的变压器电感的变压器。AC输出的频率是50Hz。使用0.67Ω的变压器电阻。单元电容是6800μF。[0061]图7Α图示了转换器支线的上和下转换器臂的电压。因为每个转换器臂包括串联连接的三个转换器单元，所以存在由每个转换器臂产生的波形的三级（图7Α的曲线2和3)。由标号1指定的曲线是变压器主电压，即跨电部件50的电压降。如可见的那样，波形具有七级。[0062]图7B示出了在多电平转换器的三个AC端子处的电压（曲线1、2和3)。由标号4指定的较低的曲线是转换器的负载电流。如可见的那样，可以实现相对平滑的AC电压输出。[0063]图7C进一步图示了线电压（曲线2)。较低的曲线4示出了线电流波形。[0064]在操作期间，可以将转换器单元的所有电容器平衡到DC总线电压除以转换器单元的数量的电压，在本示例中被平衡到30/3=10V。当启动多电平转换器的操作时，每个转换器臂的电容器可以从DC总线预充电。充电可以通过电阻发生，并且转换器单元的电容器可以在充电期间串联连接，使得每个电容器被充电到DC总线电压除以电容器的数量。[0065]如从上文可见的那样，通过利用耦合在每个转换器支线的转换器臂之间的电部件50,特别是通过利用具有第一和第二绕组的变压器，可以在输出AC端子处获得相同的AC电压电平的同时减少转换器部件的额定值。[0066]虽然参考在其中多电平转换器充当逆变器，即执行DC到AC电压转换的多电平转换器10的操作模式给出了上文的解释，但是解释同样地可应用于被配置成作为整流器操作的多电平转换器，即执行AC到DC电压转换。在这样的配置中，在一个或多个AC端子处提供待转换的电压，例如可以在AC端子15、16和17处提供三相AC电压。然后，DC端子11和12连接到DC负载，其也可以是到负载或逆变器耦合到的其他端的DC传输线。在这样的情况中，施加到AC端子的AC电压导致跨第二变压器绕组52的电压降，导致在第一变压器绕组51中的感应电压。借助于控制单元60执行转换器单元的切换，在每个转换器支线的第一变压器绕组中感应的电压变换成在DC端子11和12上的DC电压。因此，第二变压器绕组52充当变压器的主绕组，并且第一变压器绕组51充当变压器的次级绕组。[0067]虽然本文公开了具体实施例，但是可以在不背离本发明的范围的情况下作出改变和修改。可以将实施例的特征彼此组合，除非相反地指出。在所有的方面，本实施例也被认为作为说明性并且不是限制性的，并且意图将在所附权利要求书的含义和等效范围内来临的任何改变包含在其中。【权利要求】1.一种用于执行DC到AC或AC到DC电压转换的多电平转换器，所述多电平转换器包括：第一DC端子（11)和第二DC端子（12)，第一转换器臂（41)和第二转换器臂（42)，每个转换器臂包括至少一个转换器单元(30)；至少一个AC端子（15、16、17);以及电部件（50)，其中第一转换器臂（41)、电部件（50)和第二转换器臂（42)在第一DC端子（11)和第二DC端子（12)之间串联连接，电部件连接在第一转换器臂和第二转换器臂之间，其中AC端子(15、16、17)电耦合到电部件（50)，使得可以将跨电部件施加的电压变换到在AC端子上的输出电压，或者使得可以将供应到AC端子的电压变换到跨电部件施加的电压。2.根据权利要求1所述的多电平转换器，其中多电平转换器是具有用于每相的AC端子(15、16、17)的至少三相转换器，其中第一转换器臂（41)、电部件（50)和第二转换器臂（42)是一个转换器支线（21)的一部分，多电平转换器包括用于每相的这样的转换器支线（21、22、23)，用于每相的AC端子（15、16、17)耦合到各个转换器支线（21、22、23)的电部件（50)。3.根据权利要求1或2所述的多电平转换器，其中电部件（50)是具有第一变压器绕组(51)和第二变压器绕组（52)的变压器，第一变压器绕组与第一转换器臂和第二转换器臂串联连接，第二变压器绕组连接到AC端子。4.根据权利要求2和3所述的多电平转换器，其中每个变压器的第二绕组具有两个端子，每个第二绕组的一个端子连接到各个AC端子，另一个端子连接到剩余的变压器的第二绕组的相应的其他端子。5.根据权利要求3-4中任一项所述的多电平转换器，其中单个电感器与第一转换器臂和第二转换器臂串联连接，由变压器的第一变压器绕组（51)提供电感。6.根据权利要求3-5中任一项所述的多电平转换器，其中在第一变压器绕组（51)和第二电压器绕组（52)上的电压的电压比是大约1:1。7.根据权利要求3-5中任一项所述的多电平转换器，其中在第一变压器绕组（51)上的和在第二电压器绕组（52)上的电压的电压比小于约1:1，优选地在约1:1和约1:3之间。8.根据权利要求3-7中任一项所述的多电平转换器，其中多电平转换器被配置成具有操作的模式，在所述操作的模式中，多电平转换器执行DC到AC电压转换，其中在第一和第二DC端子之间提供待转换的DC电压，其中变压器的第一绕组是主绕组并且变压器的第二绕组是次级绕组。9.根据权利要求3-8中任一项所述的多电平转换器，其中多电平转换器被配置成具有操作的模式，在所述操作的模式中，多电平转换器执行AC到DC电压转换，其中在一个或多个AC端子处提供待转换的AC电压，并且其中变压器的第二绕组是主绕组并且变压器的第一绕组是次级绕组。10.根据前述权利要求中任一项所述的多电平转换器，其中在AC端子处的AC电压具有峰到峰幅度，其中每个转换器臂的转换器单元被配置成累积地生成小于峰到峰幅度的70%，优选地小于峰到峰幅度的60%的最大电压。11.根据前述权利要求中任一项所述的多电平转换器，其中每个转换器单元（30)包括电容器（55)并且被配置成充当其输出是可控的的电压源。12.根据权利要求11所述的多电平转换器，其中每个转换器单元包括一个或多个开关(SI、S2)用于在转换器臂（41、42)中串联连接转换器单元（30)的电容器（55)，一个或多个开关（SI、S2)可从多电平转换器的控制单元（60)控制。13.根据前述权利要求中任一项所述的多电平转换器，进一步包括控制单元（60)，所述控制单元（60)与每个转换器单元（30)通信并且被配置成以这样的方式控制每个转换器单元（30)的输出：实现根据操作的当前模式的电压转换。14.根据前述权利要求中任一项所述的多电平转换器，其中多电平转换器（10)是在每个转换器臂（41、42)中具有至少两个转换器单元（30)的模块化多电平转换器。15.根据前述权利要求中任一项所述的多电平转换器，其中电部件（50)包括电感器(51)，第一转换器臂（41)、电部件（50)和第二转换器臂（42)是连接在第一和第二DC端子(11、12)之间的一个转换器支线（21)的一部分，其中AC端子（15)电感地耦合到电部件（50)的电感器（51)。16.-种包括根据权利要求1-15中的任一项的多电平转换器（10)的HVDC传输系统，其用于将AC电压转换到DC电压用于HVDC传输，或者用于将在HVDC传输线上接收的DC电压转换到AC电压。【文档编号】H02M7/483GK104067504SQ201280068101【公开日】2014年9月24日申请日期:2012年11月15日优先权日:2012年1月26日【发明者】A.达斯,H.纳德米,L.诺鲁姆申请人:西门子公司