專利名稱：：用于轉換電流的裝置的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種用于轉換電流的裝置，具有至少一個相模塊，該相模塊具有交流電壓接頭和至少一個直流電壓接頭，其中，在每個直流電壓接頭和交流電壓接頭之間形成相模塊支路，并且其中，每個相模塊支路具有由子模塊組成的串聯電路，這些子模塊分別具有儲能器和至少一個功率半導體，并且具有用于調節所述裝置的調節裝置。
背景技術：
：這樣的裝置例如在A.Lesnicar和R.Marquardt在Powertech2003上發表的文章"AnInnovativeModularMultilevelConverterTopologySuitableforaWidePowerRange"中已經公開。在那里公開了一種用于連接到交流電網而設置的變流器。該變流器對于要與其相連的交流電網的每一相具有一個相模塊，其中每個相模塊具有一個交流電壓接頭以及兩個直流電壓接頭。相模塊支路在每個直流電壓接頭和交流電壓接頭之間延伸，從而提供所謂的6脈波橋式電路。模塊支路由子模塊的串聯電路組成，這些子模塊分別由兩個分別并聯連接了反向空程二極管的可關斷功率半導體組成。可關斷功率半導體和空程二極管串聯連接，其中與所述串聯電路并聯設置一個電容器。子模塊的所述組件這樣互相連接，使得在每個子模塊的二極的輸出端上降落或者電容器電壓或者零電壓。借助所謂的脈寬調制來進行對可關斷功率半導體的控制。用于控制功率半導體的調節裝置具有用于采集電流以獲得電流值的測量傳感器。電流值被提供到具有輸入接口和輸出接口的中央控制單元。在輸入接口和輸出接口之間設置了調制器，也就是軟件程序。調制器除了別的之外還具有選擇單元以及脈沖寬度發生器。脈沖寬度發生器產生用于單個子模塊的控制信號。可關斷功率半導體通過由脈沖寬度發生器產生的控制信號從導通狀態(在該導通狀態中電流可以流經可關斷功率半導體)轉換到截止狀態(在該截止狀態流經過可關斷功率半導體的電流被中斷)。在此，每個子模塊具有用于采集在電容器上降落的電壓的子模塊傳感器。用于所謂的多級變流器拓樸結構的控制方法的其它文章在R.Marquardt,A.Lesnicar，J.Hildinger發表于ETG-FachtagunginBadNauenheim，Deutschland2002的"ModularesStromrichterkonzeptfUrNetzkupplungsanwendungbeihohenSpannungen"，A.Lesnicar,R.Marquarde的"Anewmodularvoltagesourceinvertertopology",EPE，03Toulouse,Frankreich2003，以及R.Marquardt,A.Lesnicar的"NewConceptforHighVoltage-ModularMultilevelConverter",PESC2004ConferenceinAachen,Deutschland中公開。在目前尚未公布的德國專利申請102005045090.3中公開了一種用于控制具有分布的儲能器的多相變流器的方法。公開的裝置同樣具有帶有相模塊的多級變流器拓樸結構，這些相模塊具有一個在每個相模塊的中間對稱設置的交流電壓接頭和兩個直流電壓接頭。每個相模塊由兩個在所述交流電壓接頭和所述直流電壓接頭中的一個之間延伸的相模塊支路組成。每個相模塊支路又包括由子模塊組成的串聯電路，其中每個子模塊由可關斷功率半導體和與之反并聯連接的空程二極管組成。此外每個子模塊還具有一個單極的電容器。調節裝置用于調節功率半導體，該調節裝置也被用來調整在相模塊之間流過的支路電流。通過控制支路電流例如可以主動地衰減電流波動并且避免較小輸出頻率的運行稱。相模塊的子模塊分別產生離散的輸出電壓，從而在相模塊之間不相同的電壓比例情況下會引起單個相模塊之間的回路電流。該回路電流除了取決于接通頻率(功率半導體以該接通頻率接通)之外，還取決于施加的電壓相對于電流路徑內部的電感的比。在低于200Hz的低的接通頻率情況下回路電流在小的電感情況下在調節技術上幾乎是不可控制的并且不能避免。
發明內容因此，本發明要解決的技術問題是，提供一種本文開頭部分提到種類的裝置，利用該裝置可以有針對地控制并且減少回路電流。上述技術問題按照本發明如下地解決每個相模塊具有至少一個電感，其中將調節裝置設置用于調節經過相模塊流過的回路電流。按照本發明每個相模塊具有至少一個電感。如下設置這些電感，使得可以通過調節裝置有針對地調節回路電流。換言之，這些電感與各個出現的條件，如施加的直流電壓、施加的交流電壓等等匹配。所述調節預先給出期望的回路電壓額定值，該回路電壓額定值作為額定值、例如所涉及的相模塊支路的其它額定電壓被應用于關聯的相模塊支路的調節中，并且提供期望的回路電流。在此，所述調節優選地具有電流調節單元和對于每個相模塊支路具有關聯的控制單元。電流調節單元僅僅經過控制單元而不是直接地與各個相模塊支路的子模塊相連。在此，電流調節單元例如產生提供給控制單元的支路電壓額定值。控制單元提供控制信號，這些控制信號被提供到子模塊的可關斷功率半導體，從而在關聯的相模塊支路的子模塊上降落盡可能精確地對應于支路額定電壓的總電壓。通過電流調節單元(該電流調節單元將所述額定值線性地、也就是通過求和和/或求差互相組合)，將回路電壓額定值應用于各個相模塊支路的其它額定電壓。該線性組合的結果是分別對應于相模塊支路的支路電壓額定值。因為每個相模塊支路具有相同的電感，所以提供了對于調節技術上必要的對稱。每個相模塊支路優選地經過電感與交流電壓接頭相連。按照該合適的擴展，交流電壓接頭設置在兩個電感之間。按照與此相關的合適的擴展，相模塊的電感互相耦合。通過耦合提高了總電感，從而可以相應地減小單個電感的尺寸，也就是電感。4姿照這種方式節省了成本。換言之，在相模塊中可以采用較小的扼流圈或線圈。此外，通過耦合達到的總電感僅對回路電流并且最多對相模塊支路電流的直流分量起作用。相反，通過電感的耦合降低了用于交流側的相電流的電感。電感的耦合可以經由空氣、經由鐵芯等進行。其它優點和實施方式是以下結合附圖對本發明的實施例的描述的內容，其中，相同的附圖標記指示起相同作用的組件，并且其中圖1以示意圖示出了按照本發明的裝置的一種實施例，圖2示出了按照圖1的裝置的子模塊的等效電路圖，圖3示出了具有耦合的電感的按照圖1的裝置，圖4示出了電感的耦合的放大圖，圖5示出了按照圖1的裝置的調節裝置的結構，以及圖6示出了回路電壓額定值應用于調節裝置的其它額定值。具體實施例方式圖1示出了按照本發明的裝置1的一種實施例，其由三個相模塊2a、2b和2c組成。每個相模塊2a、2b和2c與正的直流電壓導線p以及與負的直流電壓導線n相連，從而每個相才莫塊2a、2b、2c具有兩個直流電壓接頭。此外，對于每個相模塊2a、2b和2c分別設置一個交流電壓接頭3,、32和33。交流電壓接頭3卜32和33經過變壓器4與三相交流電網5相連。在交流電網5的相上降落相電壓U1、U2和U3，其中流過電網電流Inl、In2和In3。每個相才莫塊的交流電壓側的相電流用II、12和13表示。直流電流是Id。在每個交流電壓接頭3,、32和33和正的直流電壓導線p之間延伸相才莫塊支路6pl、6p2和6p3。在每個交流電壓接頭3,、32和33和負的直流電壓導線n之間形成相模塊支路6nl、6n2和6n3。每條相模塊支路6pl、6p2、6p3、6nl、6n2和6n3由在圖1中未詳細示出的子模塊的串聯電路和在圖1中用LKr表示的電感組成。在圖2中通過等效電路圖詳細示出了子模塊7的串聯電路以及特別是子模塊的結構，其中在圖2中僅選取出了相模塊支路6pl。但是其余的相模塊支路是相同構建的。可以看出，每個子模塊7具有兩個串聯連接的可關斷功率半導體T1和T2。可關斷功率半導體例如是所謂的IGBT、GTO、IGCT等。對于專業人員來說它們本身是公知的，從而對此不需詳細示出。與每個可關斷功率半導體T1、T2反并聯連接一個空程二極管Dl、D2。與可關斷功率半導體T1、T2或者說空程二極管Dl和D2的串聯電路并聯連接了一個電容器8作為儲能器。每個電容器8是單極地充電。在每個子模塊7的二極的接線端子X1和X2上此時可以產生兩個電壓狀態。例如，如果控制單元9產生控制信號，用該控制信號將可關斷功率半導體T2轉換到其導通狀態，在該導通狀態中電流可以經過功率半導體T2流過，則在子模塊7的端子X1、X2上降落零電壓。在此，可關斷功率半導體Tl處于其截止狀態，在該截止狀態中經過可關斷功率半導體T1的電流被中斷。這防止了電容器8的放電。如果相反可關斷功率半導體Tl被轉換到其導通狀態，而可關斷功率半導體T2被轉換到其截止狀態，則在子模塊7的接線端子XI、X2上施加全電容電壓Uc。根據圖1和2的按照本發明的裝置的實施例也被稱為所謂的多級變流器。這樣的多級變流器例如適合于驅動電機，例如馬達等。此外，這樣的多級變流器還適用于在能量分配和傳輸領域中的應用。按照本發明的裝置例如用作由兩個直流電壓側互相連接的變流器組成的短連接，其中變流器分別與交流電網相連。這樣的短連接被應用于在兩個能量分配網之間的能量交換，其中能量分配網例如具有不同的頻率、相位、中性點聯結等等。此外，考慮在無功功率補償、也就是所謂的FACT(FlexibleACTransmissionSystem，柔性交流傳輸系統)領域中的應用。也可以考慮利用這樣的多級變流器經過長距離的高壓直流傳輸。電感Ur用于限制經過各個相模塊流過的電流并且由此用于子模塊7的可關斷功率半導體T1、T2和空程二極管D1和D2的過電流保護。但是在本發明的范圍內選擇各個電感為這樣大，使得可以主動調節在相模塊之間流過的回路電流。在本發明的范圍內由此需要比足夠用于功率半導體的純保護更大的電感。此外，就調節來說在相模塊支路上的電感的對稱分布是具有優勢的。圖3示出了按照圖1的裝置，但是其中相模塊的電感Lkr互相耦合。由于該耦合，在相同的額定電壓情況下并且在相同的使用條件下這些電感可以比在按照圖1的實施例中的更小。換言之，該耦合產生就其結構大小和其它的實施方式來說減小為構建所需要的扼流圈或線圈的可能性。假定用于磁耦合的耦合系數為K，對于回路電流方向上的相模塊支路的有效電感LK得出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中Lt對應于不互相耦合的單個電感的總和的電感。相模塊支路電流除了包括回路電流，還包括直流分量和在交流電壓接頭3,、32和33和所連接的交流電網<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>按照這種方式可以降低回路電流并且將其提供到主動的調節。該耦合可以經由空氣、但是也可以經由鐵芯等進行。在空心線圈情況下產生直至20%的耦合系數。除了對回路電流的衰減之外，耦合的電感還保證相電流在相同的相模塊的相模塊支路上以相同的分量的改進的分布。圖5示出了調節裝置的結構。該調節裝置包括電流調節單元10以及控制單元9pl、9p2、9p3、9nl、9n2和9113。每個控制單元對應于相模塊支路6pl、6p2、6p3、6nl、6n2以及6n3。控制單元9pl例如與相模塊支路6pl的每個子模塊7相連并且產生用于可關斷功率半導體Tl、T2的控制信號。在每個子模塊7中設置一個未圖形示出的子模塊電壓傳感器。子模塊電壓傳感器用于采集在作為子模塊7的作為能量存儲器的電容器8上降落的電容器電壓以獲得電容器電壓值Uc。電容器電壓值Uc提供給各自的控制單元，此處為9pl。控制單元9pl由此包含與其關聯的相模塊支路6pl的所有子模塊7的電容器電壓值并且將其相加以獲得支路能量實際值(Zweigenergieistwerte)或者此處是支路電壓實際值^^>1,其同樣對應于相模塊支路6pl。該支路電壓實際值f/cZ/7被提供到電流調節單元10。此外，電流調節單元10與不同的未圖形示出的測量傳感器相連。在相模塊2a、2b、2c的交流電壓側設置的電流互感器用于產生和提供相電流測量值11、12、13，在每個相模塊上設置的電流互感器用于產生和提供相模塊支路電流Izwg，以及在變流器的直流電壓回路中設置的電流互感器用于提供直流電流測量值Id。交流電網的電壓互感器提供電網電壓測量值U1、U2、U3,直流電壓互感器提供正的直流電壓測量值Udp以及負的直流電壓測量值Udn，其中，正的直流電壓測量值Udp對應于在正的直流電壓接頭p和地之間降落的直流電壓，負的直流電壓測量值Udn對應于在負的直流電壓接頭p和地之間降落的電壓。此外，還將額定值提供到電流調節單元10。在圖5中示出的實施例中有功電流額定值Ipref以及無功電流額定值Iqref被提供到調節單元10。此外，直流電壓額定值Udref施加在電流調節單元10的輸入端上。替代直流電壓額定值Udref,在本發明的范圍內還可以使用直流電流額定值Idref。額定值Ipref、Iqref和Udref以及所述測量值在采用不同的調節器的條件下互相影響，其中，對于每個控制單元9pl、9p2、9p3、9nl、9n2和9n3產生一個支路電壓額定值Uplref、Up2ref、Up3ref、Unlref、Un2ref、Un3ref。每個控制單元9產生用于與其關聯的子模塊7的控制信號，從而在子模塊的串聯電路上降落的電壓Upl、Up2、Up3、Unl、Un2、Un3盡可能對應于各個支路電壓額定值Uplref、Up2ref、Up3ref、Unlref、Un2ref、Un3ref。電流調節單元10從其輸入值中形成合適的支路電壓額定值Uplref、Up2ref、Up3ref、Unlref、Un2ref、Un3ref。圖6示出了，例如通過電網相電壓額定^直Unetzl、支3各電壓中間額定值Uzwgpl、直流電壓額定〗直Udc、對稱電壓額定值Uasym以及平tf電壓額定值Ubalpl的線性組合來計算支路電壓額定值Upref。這點對于每一個相模塊支路6pl、6p2、6p3、6nl、6n2、6n3互相獨立地進4亍。利用支^各電壓中間額定值Uzwg可以結合被調整的支路電感有針對地調整回路電流。平衡電壓額定值Ubal也用于平衡在相模塊支路6pl、6p2、6p3、6nl、6n2、6n3中存儲的能量的不對稱。權利要求1.一種用于轉換電流的裝置(1)，具有至少一個相模塊(2a，2b，2c)，該相模塊具有交流電壓接頭(31，32，33)和至少一個直流電壓接頭(p，n)，其中，在每個直流電壓接頭(p，n)和所述交流電壓接頭(31，32，33)之間形成相模塊支路(6p1，6p2，6p3，6n1，6n2，6n3)，并且其中，每個相模塊支路(6p1，6p2，6p3，6n1，6n2，6n3)具有由子模塊(7)組成的串聯電路，這些子模塊分別具有儲能器(8)和至少一個功率半導體(T1，T2)，并且具有用于調節所述裝置的調節裝置，其特征在于，每個相模塊(2a，2b，2c)具有至少一個電感(Lkr)，其中，將所述調節裝置設置用于調節經過所述相模塊(2a，2b，2c)流過的回路電流。2.根據權利要求1所述的裝置(1)，其特征在于，每個相模塊支路(6pl，6p2，6p3,6nl，6n2,6n3)經過電感(Lkr)與所述交流電壓接頭(3P32,33)相連。3.根據權利要求1或2所述的裝置(1),其特征在于，相模塊(2a，2b,2c)的電感(Lkr)互相耦合。4.根據權利要求3所述的裝置(1)，其特征在于，所述電感(Lkr)經由空氣互相耦合。5.根據權利要求4所述的裝置(1)，其特征在于，所述電感(Lkr)經由鐵芯互相耦合。全文摘要為了提供一種用于轉換電流的裝置(1)，具有至少一個相模塊(2a，2b，2c)，該相模塊具有交流電壓接頭(3<sub>1</sub>，3<sub>2</sub>，3<sub>3</sub>)和至少一個直流電壓接頭(p，n)，其中，在每個直流電壓接頭(p，n)和交流電壓接頭(3<sub>1</sub>，3<sub>2</sub>，3<sub>3</sub>)之間形成相模塊支路(6p1，6p2，6p3，6n1，6n2，6n3)，并且其中，每個相模塊支路(6p1，6p2，6p3，6n1，6n2，6n3)具有由子模塊(7)組成的串聯電路，這些子模塊分別具有儲能器(8)和至少一個功率半導體(T1、T2)，并且具有用于調節所述裝置的調節裝置，利用該裝置可以有針對地調節回路電流，按照本發明，每個相模塊(2a，2b，2c)具有至少一個電感(L<sub>kr</sub>)，其中，將該調節裝置設置用于調節經過相模塊(2a，2b，2c)流過的回路電流。文檔編號H02M7/49GK101553977SQ200680056561公開日2009年10月7日申請日期2006年12月8日優先權日2006年12月8日發明者喬格·蘭,喬格·多恩,克勞斯·沃爾夫林格,夸克-布·圖,英戈·尤勒,達格·索蘭格爾,邁克·多馬希克申請人:西門子公司