多級轉換器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明一般涉及功率轉換器，以及更具體涉及多級轉換器。
【背景技術】
[0002] 在過去數十年，功率轉換領域因其在電動機驅動、再生能量系統、高壓直流（HVDC) 系統等中的迫切優點而驚人地增長。例如，要求數百兆瓦電力的海底石油和天然氣生產系 統可將HVDC輸電和配電系統用于輸送電力。這類HVDC系統通常包括基于陸地或甲板上轉 換器變電站，其中執行AC-DC功率轉換。多級轉換器作為這類中壓和高壓應用的有希望功 率轉換技術正在興趣。
[0003]多級轉換器提供優于普通二級轉換器的若干優點。例如，多級轉換器的電力質量 優于兩級轉換器。另外，多級轉換器對于電網與再生能源（例如光伏（PV)、燃料電池、風力 渦輪機等）之間的接口是理想的。另外，多級轉換器的效率因其最小切換頻率而比較高。
[0004] 近來，已經設計具有模塊化結構而沒有變壓器的多級轉換器。轉換器的模塊化結 構允許這些轉換器堆疊到幾乎無限級數。另外，模塊化結構幫助按比例擴大到不同功率和 電壓級。但是，某些當前可用多級轉換器、例如模塊化多級轉換器（MMC)通常采用大量全控 半導體開關、例如絕緣柵雙極晶體管（IGBT)。
【發明內容】
[0005] 按照本公開的方面，提供一種功率轉換器。功率轉換器包括至少一個臂。至少一 個臂包括第一串，其包括多個二極管、第一連接結點和第二連接結點，其中第一串跨第一母 線和第二母線在操作上耦合。此外，至少一個臂包括第二串，其經由第一連接結點和第二連 接結點在操作上耦合到第一串，其中第二串包括多個開關單元。
[0006] 按照本公開的又一方面，提供一種用于功率轉換的系統。該系統包括功率源、負載 和第一功率轉換器。第一功率轉換器包括一個或多個臂，其中一個或多個臂的每個包括第 一串，第一串包括多個二極管、第一連接結點、第二連接結點和第三連接結點，并且第一串 跨第一母線和第二母線在操作上耦合。另外，一個或多個臂的每個包括第二串，其經由第一 連接結點和第二連接結點在操作上耦合到第一串，其中第二串包括多個開關單元。此外，該 系統包括配置成控制多個開關單元的開/關的控制器。
[0007] 按照本公開的又一方面，提供一種用于功率轉換的系統。該系統包括功率源、負載 和第一功率轉換器。第一功率轉換器包括一個或多個臂，其中一個或多個臂的每個包括操 作上耦合在第一母線與第二母線之間的第一串，第一串包括多個二極管、第一連接結點、第 二連接結點和第三連接結點，并且一個或多個臂的第三連接結點在操作上相互耦合。另外， 一個或多個臂的每個包括第二串，其經由第一連接結點和第二連接結點在操作上耦合到第 一串，其中第二串包括多個開關單元。此外，該系統包括配置成控制多個開關單元的開/關 的控制器。
[0008] 技術方案1:一種功率轉換器，包括： 至少一個臂，包括： 第一串，包括多個二極管、第一連接結點和第二連接結點，其中所述第一串跨第一母線 和第二母線在操作上耦合；以及 第二串，經由所述第一連接結點和所述第二連接結點在操作上耦合到所述第一串，其 中所述第二串包括多個開關單元。
[0009] 技術方案2 :如技術方案1所述的功率轉換器，其中，所述多個開關單元包括多個 全控半導體開關和至少一個能量儲存裝置。
[0010] 技術方案3 :如技術方案1所述的功率轉換器，其中，所述多個開關單元包括半橋 轉換器、全橋轉換器或者其組合。
[0011] 技術方案4 :如技術方案1所述的功率轉換器，其中，所述第一母線包括正直流母 線，以及所述第二母線包括負直流母線。
[0012] 技術方案5 :如技術方案1所述的功率轉換器，其中，所述第一串包括第一支路和 第二支路，并且所述第二支路經由第三連接結點在操作上耦合到所述第一支路。
[0013] 技術方案6 :如技術方案5所述的功率轉換器，其中，所述第三連接結點在操作上 耦合到第三母線。
[0014] 技術方案7 :如技術方案6所述的功率轉換器，其中，所述第三母線包括直流母線、 浮動母線、接地母線或者高阻抗接地母線。
[0015] 技術方案8 :如技術方案1所述的功率轉換器，其中，所述第二串包括第一部分和 第二部分。
[0016] 技術方案9 :如技術方案8所述的功率轉換器，其中，所述第二串的所述第一和第 二部分在操作上耦合到第四母線。
[0017] 技術方案10 :如技術方案9所述的功率轉換器，其中，所述第四母線包括交流相。
[0018] 技術方案11 :如技術方案9所述的功率轉換器，其中，所述控制器在正狀態或負狀 態或者零狀態來操作所述一個或多個臂的每個。
[0019] 技術方案12 :如技術方案9所述的功率轉換器，其中，在所述正狀態，所述第一部 分和所述第二部分連接在所述第一母線與所述第三母線之間，在所述負狀態，所述第一部 分和所述第二部分連接在所述第三母線與所述第二母線之間，以及在所述零狀態，所述第 一部分和所述第二部分均連接到所述第三母線。
[0020] 技術方案13 :-種用于功率轉換的系統，包括： 功率源； 負載； 第一功率轉換器，包括： 一個或多個臂，其中所述一個或多個臂的每個包括： 第一串，包括多個二極管、第一連接結點、第二連接結點和第三連接結點，其中所述第 一串跨第一母線和第二母線在操作上耦合； 第二串，經由所述第一連接結點和所述第二連接結點在操作上耦合到所述第一串，其 中所述第二串包括多個開關單元；以及 控制器，配置成控制所述多個開關單元的開/關。
[0021] 技術方案14 :如技術方案13所述的系統，其中，所述功率源包括電網，以及所述負 載包括電驅動或海底負載。
[0022] 技術方案15 :如技術方案13所述的系統，其中，所述控制器還配置成在線路周期 期間調節所述第二串中儲存的能量。
[0023] 技術方案16 :如技術方案13所述的系統，其中，所述多個開關單元包括半橋轉換 器、全橋轉換器或者其組合。
[0024] 技術方案17 :如技術方案13所述的系統，其中，所述第二串包括第一部分和第二 部分。
[0025] 技術方案18 :如技術方案17所述的功率轉換器，其中，所述第二串的所述第一和 第二部分在操作上耦合到交流相。
[0026] 技術方案19 :一種用于功率轉換的系統，包括： 功率源； 負載； 第一功率轉換器，包括： 一個或多個臂，其中所述一個或多個臂的每個包括： 第一串，操作上耦合在第一母線與第二母線之間，其中所述第一串包括多個二極管、第 一連接結點、第二連接結點和第三連接結點，并且所述一個或多個臂的所述第三連接結點 在操作上相互耦合； 第二串，經由所述第一連接結點和所述第二連接結點在操作上耦合到所述第一串，其 中所述第二串包括多個開關單元；以及 控制器，配置成控制所述多個開關單元的開/關。
[0027] 技術方案20 :如技術方案19所述的系統，其中，所述一個或多個臂的所述第三連 接結點在操作上耦合到第三母線。
【附圖說明】
[0028] 圖1是用于功率轉換的系統的圖解表示； 圖2是按照本公開的方面、供圖1的系統中使用的功率轉換器的一部分的一示范實施 例的圖解表不； 圖3是按照本公開的方面、供圖2的功率轉換器的部分中使用的開關單元的一示范實 施例的圖解表示； 圖4是按照本公開的方面、供圖2的功率轉換器的部分中使用的開關單元的另一個實 施例的圖解表示；電力整流器的臂的操作狀態。
[0029] 圖5(a)_5(c)是按照本公開的方面、圖2的功率轉換器的臂的不同操作狀態的圖 解表示； 圖6是按照本公開的方面、供圖1的系統中使用的三相功率轉換器的一示范實施例的 圖解表不；以及 圖7是供圖6的系統中使用的、與一個線路周期中的三相的不同狀態對應的電壓波形 的圖解表示。
【具體實施方式】
[0030] 除非另加說明，否則本文所使用的科技術語具有與本公開所屬領域的技術人員普 遍理解