三电平变换器和用于控制三电平变换器的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种三电平变换器，并且涉及用于控制三电平变换器的方法。
【背景技术】
[0002]三电平变换器是具有三个DC(直流)极的变换器。除了正DC极和负DC极以外，三电平变换器具有中性DC极。在下述文献中给出了三电平中点钳位变换器的不例:T.Brilckner, S.Bernet 和 H.Gilldner, “The Active NPC Converter and ItsLoss-balancing Control”, IEEE工业电子学汇刊,第52卷，第3期，2005年6月。特别地，给出了有源三电平中点钳位(ANPC)变换器的示例。
[0003]图1示出了有源三电平中点钳位变换器的开关支路的主要电路的示例。开关支路包括六个二极管D1至D6以及六个可控半导体开关S1到S6。因此，三个DC极Udc+、Udc_、NP中的任何极可以借助于可控半导体开关S1至S6以及二极管D1至D6来连接至开关支路的AC(交流)极。包括一个或更多条开关支路的变换器(如图1的变换器)可以用作整流器或逆变器。可控半导体开关S1至S6则是根据所使用的控制或调制方案而被控制的。
[0004]通常，ANPC变换器是利用各种PWM (脉冲宽度调制)方法来控制的，在PWM方法中，以脉冲方式将每个有源半导体开关控制成导通状态。这样的脉冲的长度根据控制方法而变化，使得例如，向变换器的AC输出提供所需的平均电压。当用作电源逆变器时，这种PWM变换器通常需要LCL滤波器，该LCL滤波器滤除PWM频率信号，但使实际有效的信号(即基频信号)通过。在这种情况下，所得到的主电流和主电压基本上是近似正弦的。ANPC变换器可以将功率从DC电路传递至AC网络(即用作逆变器)或者可以将功率从AC网络传递至DC电路(即用作整流器)。由于ANPC变换器可以提供去往中性DC极的电流路径，所以可能存在以下情况:如果进入中性DC极的总电流偏离零，则中性DC极的电位可能会偏移。结果，例如可能需要利用单独的调节电路和/或算法来使中性DC极的电位平衡。
[0005]关于上述基于PWM控制的方案的问题在于它需要使用LCL滤波器和复杂的调节电路来控制中性DC极的电位，这使该方案变得较复杂并且潜在地变得较昂贵。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种方法和一种用于实现该方法的装置，以解决或至少缓解上述问题。本发明的目的通过一种三电平变换器和控制三电平变换器的方法来达到。
[0007]根据本发明的一个方面，提供了一种三电平变换器，所述三电平变换器包括三条开关支路，每条开关支路包括:
[0008]-第一可控半导体开关(Sll，S12，S13)和第二可控半导体开关(S21，S22，S23)，所述第一可控半导体开关(sil，S12，S13)和所述第二可控半导体开关(S21，S22，S23)串联连接在所述变换器的正直流极(Udc+)与所述开关支路的交流极(AC1，AC2，AC3)之间，其中，所述第一可控半导体开关连接至所述变换器的所述正直流极；
[0009]-第一二极管(Dll，D12，D13)和第二二极管(D21，D22，D23)，所述第一二极管(D11，D12，D13)与所述第一可控半导体开关并联连接，所述第二二极管(D21，D22，D23)与所述第二可控半导体开关并联连接；
[0010]-第三可控半导体开关(S31，S32，S33)和第四可控半导体开关(S41，S42，S43)，所述第三可控半导体开关(S31，S32，S33)和所述第四可控半导体开关(S41，S42，S43)串联连接在所述变换器的负直流极(Udc-)与所述开关支路的所述交流极(AC1，AC2，AC3)之间，其中，所述第四可控半导体开关连接至所述变换器的所述负直流极；
[0011]-第三二极管(D31，D32，D33)和第四二极管(D41，D42，D43)，所述第三二极管(D31，D32，D33)与所述第三可控半导体开关并联连接，所述第四二极管(D41，D42，D43)与所述第四可控半导体开关并联连接；
[0012]-第五可控半导体开关(S51，S52，S53)，所述第五可控半导体开关(S51，S52，S53)连接在所述变换器的中性直流极(NP)与所述第一可控半导体开关和所述第二可控半导体开关之间的连接点之间；
[0013]-第六可控半导体开关(S61，S62，S63)，所述第六可控半导体开关(S61，S62，S63)连接在所述变换器的所述中性直流极(NP)与所述第三可控半导体开关和所述第四可控半导体开关之间的连接点之间；以及
[0014]-第五二极管(D51，D52，D53)和第六二极管(D61，D62，D63)，所述第五二极管(D51，D52，D53)与所述第五可控半导体开关并联连接，所述第六二极管(D61，D62，D63)与所述第六可控半导体开关并联连接；以及
[0015]-用于控制可控半导体开关的装置(100)，其中，
[0016]a)用于控制可控半导体开关的所述装置(100)被配置成:当所述变换器(10)经由所述开关支路的所述交流极(AC1，AC2，AC3)连接至三相交流网络(20)并且所述变换器用作整流器时:
[0017]将所有开关支路当中的在其交流极(AC1，AC2，AC3)中具有最大正电压的开关支路的所述第三可控半导体开关(S31，S32，S33)、所述第四可控半导体开关(S41，S42，S43)和所述第五可控半导体开关(S51，S52，S53)控制成在上述开关支路在其交流极中具有最大正电压时的整个时间段内不导通；以及
[0018]将所有开关支路当中的在其交流极(AC1，AC2，AC3)中具有最负负电压的开关支路的所述第一可控半导体开关(Sll，S12，S13)、所述第二可控半导体开关(S21，S22，S23)和所述第六可控半导体开关(S61，S62，S63)控制成在上述开关支路在其交流极中具有最负负电压时的整个时间段内不导通，
[0019]并且其中，
[0020]b)用于控制可控半导体开关的所述装置(100)被配置成:当所述变换器(10)经由所述开关支路的所述交流极(AC1，AC2，AC3)连接至三相交流网络(20)并且所述变换器用作逆变器时:
[0021]将所有开关支路当中的在其交流极(AC1，AC2，AC3)中具有最大正电压的开关支路的所述第三可控半导体开关(S31，S32，S33)、所述第四可控半导体开关(S41，S42，S43)和所述第五可控半导体开关(S51，S52，S53)控制成在上述开关支路在其交流极中具有最大正电压时的整个时间段内不导通；并且将所有开关支路当中的在其交流极(AC1，AC2，AC3)中具有最大正电压的开关支路的所述第一可控半导体开关(Sll，S12，S13)和所述第二可控半导体开关(S21，S22，S23)控制成在上述开关支路在其交流极中具有最大正电压时的时间段的至少一部分内导通；以及
[0022]将所有开关支路当中的在其交流极(AC1，AC2，AC3)中具有最负负电压的开关支路的所述第一可控半导体开关(Sll，S12，S13)、所述第二可控半导体开关(S21，S22，S23)和所述第六可控半导体开关(S61，S62，S63)控制成在上述开关支路在其交流极中具有最负负电压时的整个时间段内不导通，并且将所有开关支路当中的在其交流极(AC1，AC2，AC3)中具有最负负电压的开关支路的所述第三可控半导体开关(S31，S32，S33)和所述第四可控半导体开关(S41，S42，S43)控制成在上述开关支路在其交流极中具有最负负电压时的时间段的至少一部分内导通。
[0023]根据本发明的另一个方面，提供了一种用于控制包括三条开关支路的三电平变换器的方法，每条开关支路包括:
[0024]-第一可控半导体开关(Sll，S12，S13)和第二可控半导体开关(S21，S22，S23)，所述第一可控半导体开关(sil，S12，S13)和所述第二可控半导体开关(S21，S22，S23)串联连接在所述变换器的正直流极(Udc+)与所述开关支路的交流极(AC1，AC2，AC3)之间，其中，所述第一可控半导体开关连接至所述变换器的所述正直流极；
[0025]-第一二极管(Dll，D12，D13)和第二二极管(D21，D22，D23)，所述第一二极管(D11，D12，D13)与所述第一可控半导体开关并联连接，所述第二二极管(D21，D22，D23)与所述第二可控半导体开关并联连接；
[0026]-第三可控半导体开关(S31，S32，S33)和第四可控半导体开关(S41，S42，S43)，所述第三可控半导体开关(S31，S32，S33)和所述第四可控半导体开关(S41，S42，S43)串联连接在所述变换器的负直流极(Udc-)与所述开关支路的所述交流极(AC1，AC2，AC3)之间，其中，所述第四可控半导体开关连接至所述变换器的所述负直流极；
[0027]-第三二极管(D31，D32，D33)和第四二极管(D41，D42，D43)，所述第三二极管(D31，D32，D33)与所述第三可控半导体开关并联连接，所述第四二极管(D41，D42，D43)与所述第四可控半导体开关并联连接；
[0028]-第五可控半导体开关(S51，S52，S53)，所述第五可控半导体开关(S51，S52，S53)连接在所述变换器的中性直流极(NP)与所述第一可控半导体开关和所述第二可控半导体开关之间的连接点之间；
[0029]第六可控半导体开关(S61，S62，S63)