下方受控电压源410。类似地，相位分支C包括上方受控电压源412和下方受控电压源 414,并且传导DC电流Id。和在相位A与相位C之间的AC电流环路中流动的AC电流。在相 位A与C之间的AC电流通过相位分支A和在相位分支C中的上方受控电压源412。
[0048] DC电流Id。从正DC总线404流到负DC总线406,并且通过相位分支B和相位分支 C中的每个开关单元。DC电流与在相位A、B和C之间的AC电流环路解耦。通过调节在中 点节点402的AC电压，即中点电压的AC分量，平衡AC电流及因此从AC侧收到或发送到AC 侦_相位能量。通过添加共模电压到每个相位，实现在中点节点402的AC电压的调节。
[0049] 通过在中点节点402调节DC电压，即，中点电压的DC分量，进一步平衡相位分支 能量。通过控制跨相位分支B和相位分支C中各种开关单元(即，上方受控电压源408、下方 受控电压源410、上方受控电压源412和下方受控电压源414)的电压，跨相位分支B和相位 分支C分配在正DC总线404与负DC总线406之间的DC电压。一旦在AC侧的相位能量平 衡，AC电流环路通过的受控电压源410和412便保持在稳定电压。
[0050] 图5是操作MEMC 104 (图1和2中示出）的示范方法500的流程图。方法从开始 步骤510开始。在控制步骤520,根据功率转换开关算法，控制用于MEMC 104的多个开关T1 到T12 (图2中示出）。多个开关1\到T 12布置在开关栈206、208和210 (图2中示出）中。 开关栈206、208和210配置成以不同方式将相位分支234、236和238 (全部在图2中示出） 耦合到正DC电压源202、负DC电压源204和中点节点212 (全部在图2中示出）。
[0051] 在给定时刻，相位分支234、236和238的至少一个相位分支必须在正状态320 (图 3中示出），并且至少另一相位分支必须在负状态224 (图3中示出）。一个相位分支在正状 态320,并且另一相位分支在负状态324时，第三相位分支能够从正状态320转变到零状态 322 (图3中示出），并且继续转变到负状态324,或者从负状态324转变到零状态322,并且 继续转变到正状态320。对于给定基本周期，三个相位分支的每个分支通过三种状态的每种 状态：正状态320、零状态322和负状态324。
[0052] 对于给定基本周期中的给定子周期，在控制步骤520,控制多个开关1\到T 12以在 正DC电压源202与中点节点212之间耦合相位分支234,并且在中点节点212与负DC电压 源204之间耦合相位分支236。多个开关1\到T 12还经控制以只耦合相位分支238到中点 节点212,而其要将相位分支238的相对端耦合到中点节点212。因此，在给定子周期期间， 相位分支234在正状态320,相位分支236在负状态324,并且相位分支238在零状态322。 此外，在给定子周期期间，相位分支234和相位分支236支持在正DC电压源202与负DC电 压源204之间的完全DC电压。
[0053] 在AC平衡步骤530,调节中点电压的AC分量以平衡在相位分支234、相位分支236 和相位分支238之间的AC电流环路。通过添加共模电压到每个相位A、B和C (图2中示 出），由此平衡在相位A、B和C之间的能量，调节中点电压的AC分量。
[0054] 在DC平衡步骤540,调节中点电压的DC分量以平衡在相位分支234和相位分支 236之间分配的DC电压。调节跨在相位分支234和相位分支236中各种开关单元Sl到S8 (全部在图2中示出）的电压，从而保持用于携带AC电流并且以前在AC平衡步骤530中平 衡的开关单元S3、S4、S5和S6的电压恒定，同时调整跨未携带AC电流的开关单元SI、S2、 S7和S8的DC电压，以平衡跨每个相位分支234和236的上相位臂和下臂214、216、218和 220 (全部在图2中示出）的能量。方法在结束步骤550结束。
[0055] 上述功率转换系统提供用于在模块化嵌入式多级转换器（MEMC)的分支之间平衡 能量的技术。本文中描述的某些实施例包括具有对应于三个相位的每个相位的相位分支的 三相MEMC。相位分支通过对应开关栈以不同方式耦合到正直流电（DC)电压源、负DC电压 源和中点节点。在给定时刻，通过调节在中点节点的DC电压而不是如在模块化多级转换器 (MMC)中一样，通过调节交流电（AC)环路和经过相位分支的DC电流，平衡相位分支中的能 量。此外，MMC中采用的分支能量平衡技术依赖在DC总线之间并联耦合的相位分支之间的 电流分配，该技术在其中相位分支在DC总线之间串联耦合的MEMC中不适用。
[0056] 本文中描述的方法、系统和设备的示范技术效应至少包括在与AC电流环路解耦 的三相MEMC拓扑中的相位分支能量平衡。
[0057] 用于三相功率转换的方法、系统和设备的示范实施例不限于本文中所述的特定实 施例，相反，系统的组件和/或方法的步骤可独立利用，或者与本文中所述的其它组件和/ 或步骤分开利用。例如，方法也可与其它非常规功率转换组合使用，并且不限于仅与如本文 中所述的系统和方法一起实践。相反，结合可从相位分支能量平衡中受益的许多其它应用、 设备和系统，能够实现和利用示范实施例。
[0058] 虽然本公开内容的各种实施例的特定特征可在一些图形中示出而未在其它图形 中示出，但这只是为方便起见。根据本公开内容的原理，可与任何其它图形的任何特征组 合，引用和/或要求保护图形的所有特征。
[0059] 此书面说明使用示例公开了实施例，包括最佳模式，并且也允许本领域的技术人 员实践实施例，包括制作和使用任何装置或系统并执行任何包含的方法。本公开内容可取 得专利的范围由技术方案定义，并且可包括本领域技术人员明白的其它示例。如果此类其 它示例具有与技术方案书面语言并无不同的结构元素，或者包括具有与技术方案书面语言 非实质不同的等效结构元素，则它们将在技术方案范围内。
[0060] 部件列表
【主权项】
1. 一种模块化嵌入式多级转换器（MEMC)，包括： 包括第一开关栈和第一相位分支的第一相位部分，其中所述第一开关栈配置成耦合在 正直流电（DC)总线与中点节点之间的所述第一相位分支；以及 包括第二开关栈和第二相位分支的第二相位部分，其中所述第二开关栈配置成耦合在 所述中点节点与负DC总线之间的所述第二相位分支，其中在所述正DC总线与所述负DC 总线之间的DC电压可分配在所述第一相位分支和所述第二相位分支中部署的开关单元之 间，并且其中通过调节在所述中点节点的DC电压以平衡在所述开关单元之间的能量，控制 所述DC电压的分配。2. 如权利要求1所述的MEMC，还包括有第三开关栈和第三相位分支的第三相位部分， 其中所述第三开关栈配置成耦合所述第三相位分支的相对端到所述中点节点。3. 如权利要求2所述的MEMC，其中用于所述第一相位部分、所述第二相位部分和所述 第三相位部分的交流电（AC)与流过所述第一相位部分和所述第二相位部分的DC解耦。4. 如权利要求2所述的MEMC，其中与所述第三开关栈组合的所述第一开关栈配置成在 所述第一相位分支和所述第三相位分支之间形成交流电（AC)环路。5. 如权利要求2所述的MEMC，其中与所述第三开关栈组合的所述第二开关栈配置成定 义在所述第二相位分支和所述第三相位分支之间的交流电（AC)环路。6. 如权利要求1所述的MEMC，其中所述第一开关栈和所述第二开关栈可由功率转换控 制器控制。7. 如权利要求1所述的MEMC，其中所述第一开关栈还配置成在以后在所述中点节点与 所述负DC总线之间耦合所述第一相位分支。8. -种操作模块化嵌入式多级转换器（MEMC)的方法，所述方法包括： 控制用于所述MEMC的多个开关以执行以下操作： 在正DC电压源与中点节点之间耦合第一相位分支； 在所述中点节点与负DC电压源之间耦合第二相位分支；以及 将第三相位分支的相对端耦合到所述中点节点； 在所述中点节点调节中点电压的AC分量以在所述第一相位分支、第二相位分支和所 述第三相位分支之间平衡AC电流环路；以及 调节所述中点电压的DC分量以平衡在所述第一相位分支和所述第二相位分支之间分 配的DC电压。9. 如权利要求8所述的方法，其中调节所述中点电压的AC分量包括在所述中点节点应 用共模电压。10. 如权利要求8所述的方法，其中控制所述多个开关包括对多个晶闸管进行换流。
【专利摘要】模块化嵌入式多级转换器(MEMC)包括第一相位部分和第二相位部分。第一相位部分包括用于耦合在正DC总线与中点节点之间的第一相位分支的第一开关栈。第二相位部分包括用于耦合在中点节点与负DC总线之间的第二相位分支的第二开关栈。在正DC总线与负DC总线之间的DC电压可分配在第一相位分支和第二相位分支中部署的开关单元之间。通过调节在中点节点的DC电压以平衡在开关单元之间的能量，控制DC电压的分配。
【IPC分类】H02M7/521, H02M7/48
【公开号】CN105610334
【申请号】CN201510787692
【发明人】张迪, L.J.加塞斯, A.A.罗克希尔
【申请人】通用电气能源能量变换技术有限公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年11月17日
【公告号】CA2911774A1, EP3046248A1, US20160141949