多级变换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及功率变换器，并且更具体地涉及多级变换器。
【背景技术】
[0002]最近数十年中，功率变换的领域由于其在电机驱动、可再生能量系统、高压直流(HVDC)系统等中的迫切的优势，已惊人地发展。例如，需要数百兆瓦特的电功率的海底油气产生系统可能使用HVDC传输和分配系统用于电功率的递送。这类HVDC系统通常包含执行AC到DC功率变换的基于地面或甲板上(topside)变换器分站。作为用于这类介质和高压应用的有前途的功率变换技术，多级变换器正在显现。
[0003]多级变换器相对于普通的两级变换器提供若干优势。例如，多级变换器的功率质量比两级变换器的功率质量更好。多级变换器也对于电网和诸如光伏(PV)、燃料电池、风力涡轮机等的可再生能源之间的接口是理想的。另外，多级变换器的效率由于其最小的开关频率而相对更高。
[0004]最近，已经设计了具有模块化结构并且没有变压器的多级变换器。变换器的模块化结构允许将这些变换器迭加到几乎无限数量的级。模块化结构也有助于缩放到不同功率和电压级。然而，诸如模块化多级变换器(MMC)的某些当前可用的多级变换器通常采用大量完全可控的半导体开关，比如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。
【发明内容】
[0005]按照本技术的实施例，提出了一种功率变换器。该功率变换器包含至少一个具有第一串和第二串的桥臂(leg)。第一串包括第一支路和第二支路。每个支路包括多个开关单元和可控半导体开关、第一连接结点和第二连接结点。第一串在操作上跨第一母线和第二母线耦合，并且第二支路在操作上经由第三连接结点耦合到第一支路。第二串在操作上经由第一连接结点和第二连接结点耦合到第一串，其中第二串包括多个可控半导体开关。在根据前述功率变换器的第一方面中，所述第二串包括第一部分和第二部分。在根据前述功率变换器的第一方面的第二方面中，所述第二串的所述第一和第二部分各自包括可控半导体开关并且在操作上耦合到第四母线。在根据前述功率变换器的第二方面的第三方面中，所述第四母线包括交流相。在根据前述功率变换器的第四方面中，所述多个可控半导体开关包括部分可控半导体开关、完全可控半导体开关或其组合。
[0006]按照本技术的另一个实施例，提出了一种用于功率变换的系统。该系统包含功率源、负载、第一功率变换器和控制器。第一功率变换器包括一个或多个桥臂。该一个或多个桥臂中的每个包含第一串和第二串。该第一串包括第一支路和第二支路，该第一支路和第二支路各自包括多个开关单元和可控半导体开关、第一连接结点和第二连接结点。第一串在操作上跨第一母线和第二母线耦合，并且第二支路在操作上经由第三连接结点耦合到第一支路。第二串在操作上经由第一连接结点和第二连接结点耦合到第一串，其中第二串包括多个可控半导体开关。此外，控制器配置成控制多个可控半导体开关以及多个开关单元的开关。在根据前述系统的第一方面中，所述负载包括电网、电气器具或其组合。在根据前述系统的第二方面中，所述第一支路中的所述多个开关单元和所述可控半导体开关经由所述第一连接结点互相连接，并且所述第二支路中的所述多个开关单元和所述可控半导体开关经由所述第二连接结点互相连接。在根据前述系统的第三方面中，所述系统还包括以背对背功率变换器配置的在操作上耦合到的所述第一功率变换器的第二功率变换器。在根据前述系统的第四方面中，所述控制器还配置成在线循环期间调节存储在所述第二串中的能量。在根据前述系统的第五方面中，所述多个开关单元包括半桥变换器、全桥变换器或其组合。在根据前述系统的第六方面中，所述第二串包括各自包括可控半导体开关的第一部分和第二部分并且在操作上耦合到第四母线。
[0007]按照本技术的又一个实施例，提出了一种用于功率变换的系统。该系统包含功率源、负载、第一功率变换器和控制器。第一功率变换器包含一个或多个桥臂，其中该一个或多个桥臂中的每个包括第一串和第二串。第一串在操作上耦合在第一母线和第二母线之间，并且包含第一支路和第二支路。每个支路包含多个开关单元和可控半导体开关、第一连接结点和第二连接结点。第二支路在操作上经由第三连接结点耦合到第一支路，并且该一个或多个桥臂的第三连接结点在操作上彼此耦合。第二串在操作上经由第一连接结点和第二连接结点耦合到第一串，其中第二串包括多个可控半导体开关。此外，控制器还配置成控制多个可控半导体开关以及多个开关单元的开关。在根据前述系统的第一方面中，所述一个或多个桥臂的所述第三连接结点在操作上耦合到第三母线。
【附图说明】
[0008]图1是用于功率变换的系统的图解表示；
图2是根据本公开多方面的供在图1的系统中使用的功率变换器的一部分的示范性实施例的图解表示；
图3是根据本公开多方面的供在图2的功率变换器的所述部分中使用的开关单元的示范性实施例的图解表示；
图4是根据本公开多方面的供在图2的功率变换器的所述部分中使用的开关单元的另一个实施例的图解表示；功率变换器的桥臂的操作状态；
图5(a)-5(c)是根据本公开多方面的图2的功率变换器的桥臂的不同操作状态的图解表不;
图6是根据本公开多方面的供在图1的系统中使用的三相功率变换器的示范性实施例的图解表不;
图7是根据本公开多方面的变换器桥臂从正操作状态转变成零操作状态的图解表示；
以及图8是根据本公开多方面的变换器桥臂从零操作状态转变成负操作状态的图解表示。
【具体实施方式】
[0009]除非另有规定，本文所使用的技术和科学术语具有与本公开属于的领域中的普通技术人员一般理解相同的意义。如本文使用的术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用来使一个要素区别于另一个要素。未被限定数目的要素也不表示数量的限制，而是表示至少一个参考项目的存在。术语“或者”意味着包含在内并且表示所列项目的一个、一些或全部。本文的“包含”、“包括”或“具有”以及其变化的使用意味着包括其后所列项目和其等价物以及附加项目。术语“连接”和“耦合”不是限制于物理或机械的连接或耦合，并且能够包含电气连接或耦合，不管是直接还是间接。此外，术语“电路”和“线路”和“控制器”可包含单一组件或者多个组件，其是有源的和/或无源的并且被连接或以别的方式耦合在一起以提供所描述的功能。
[0010]如将在下文详细描述的，提出了示范性的用于功率变换的系统和用于功率变换的方法的各种实施例。通过采用下文所描述的功率变换器和用于功率变换的方法，提供了多级变换器。在一个实施例中，功率变换器可包含模块化多级变换器。
[0011]现转向附图，作为图1中的示例，描绘了用于变换功率的系统100。在一个实施例中，用于变换功率的系统100可包含源102、功率变换器104和电网/公用事业/负载106。如本文使用的术语“源”用来指的是可再生功率源、非可再生功率源、发电机、电网等。如本文所使用的术语“负载”也可用来指的是电网、电气器具等。另外，功率变换器104可以是多级变换器。在一个实施例中，源102可在操作上耦合到功率变换器104的第一端子(未示出)。功率变换器104的第二端子(未示出)可在操作上耦合到负载106。
[0012]系统100也可包含控制器108。在一个实施例中，控制器108可配置成控制功率变换器104的操作。作为示例，控制器108可配置成通过控制功率变换器104的多个半导体开关的开关来控制功率变换器104的操作。此外，在一个实施例中，系统100也可包含其他电路组件(未示出)，比如，但是不限制于，电路断路器、电感器、补偿器、电容器、整流器、电抗器、滤波器等。
[0013]现转向图2，描绘了诸如图1中功率变换器104的功率变换器的一部分的示范性实施例的图解表示300。特别的是，图2的实施例中描绘了功率变换器的桥臂300。功率变换器的桥臂300可包含第一串302和第二串304。更特别的是，第一串302可在操作上耦合到第二串304以形成桥臂300。此外，第一串302可在操作上耦合在第一母线306和第二母线308之间。在一个实施例中，第一母线306可包含正DC母线并且第