級(jí)聯(lián)模塊化多電平換流器的新的四電平換流器單元拓?fù)涞闹谱鞣椒ā?br>技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及用于電壓轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)和方法。更特別地，本發(fā)明涉及用級(jí)聯(lián)的單獨(dú)的多電平電力逆變器在電力系統(tǒng)中將DC電壓轉(zhuǎn)換成AC電壓的方法和系統(tǒng)。【
背景技術(shù)：
】[0002]多電平換流器由于諸如HVDC、SVC以及AC驅(qū)動(dòng)之類(lèi)的高功率和高電壓應(yīng)用的需求而變得流行。不同于常規(guī)的兩電平換流器，多電平逆變器提供了基于從若干dc電壓電平(vo1tage1eve1)合成ac電壓波形來(lái)消除諧波的高效方式，其具有如在以下中描述的許多優(yōu)點(diǎn)："[1]〇?Lopez、S.Bernet、J.Alvarez、J.D.Gandoy和F.D.Freijedo，'MultilevelmultiphasespacevectorPWMalgorithm'，IEEETrans.Ind.,Electron.,vol.55,no.5,pp.1933-1942,2008年5月"；"[2]J.Rodriguez、J.Lai和F.Z.Peng,"Multilevelinverters:asurveyoftopologies,controls,andapplications'，IEEETrans.Ind.,Electron.,vol.49,no.4,pp.724-738,2002年8月"；"[3]S.Bernet、D.Krug和K.Jali1i，'Designandcomparisonof4-kVneutral-point-clamped,flying-capacitor,andseries-connectedH-bridgemultilevelconverters'，IEEETrans.Ind.,Appl,vol.43,no.4,pp.1032-1040,2007年7月/8月"以及"[4]S.Kouro、M.Malinowski、K.Gopakumar、J.Pou、L.G.Franquelo、B.Wu、J.RodrigueznM.A.Peroez和J.I.Leon，'Recentadvancesandindustrialapplicationsofmultilevelconverters'，IEEETrans.Ind.,Electron.,vol.57,no.8,pp.2553-2580,2010年8月"〇[0003]多電平換流器的優(yōu)點(diǎn)是：a)在電壓受限設(shè)備的情況下的高電壓能力；b)低諧波失真和較少濾波要求；c)歸因于低開(kāi)關(guān)頻率的減少的開(kāi)關(guān)損耗；d)增加的電力轉(zhuǎn)換效率;以及e)好的電磁兼容性。[0004]已經(jīng)研究和應(yīng)用若干多電平換流器拓?fù)?，例如，也被稱(chēng)作中性點(diǎn)鉗位(NPC)拓?fù)涞亩O管鉗位多電平換流器、飛跨電容器多電平換流器、級(jí)聯(lián)H橋多電平換流器(CHB)、模塊化多電平換流器（MMC或M2C)，所述模塊化多電平換流器如在"[5]A.Lesnicar和R.Marquardt，'Aninnovativemodularmultilevelconvertertopologysuitableforawidepowerrange',inProc.IEEEBolognaPowerTechConf.,2003,pp.1-3"中描述的那樣。已知在NPC換流器中存在某些問(wèn)題，諸如當(dāng)電壓電平的數(shù)量超過(guò)三個(gè)時(shí)的電壓不平衡，如在"[2]J.Rodriguez、J.Lai和F.Z.Peng，'Multilevelinverters:asurveyoftopologies,controls,andapplications',IEEETrans.Ind.,Electron.,vol.49,no.4,pp.724-738,2002年8月"中描述的那樣。在飛跨電容器多電平換流器中也發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，許多研究人員近年來(lái)已經(jīng)研究了模塊化多電平換流器。級(jí)聯(lián)H橋多電平換流器是在電壓高于6kV時(shí)通常使用的那些中的一個(gè)。[0005]M2C拓?fù)涫褂冒霕蜃幽K并且已被西門(mén)子（Siemens)公司一一本公開(kāi)的受讓人商業(yè)化。模塊化多電平換流器的優(yōu)點(diǎn)包括1)模塊化設(shè)計(jì)的可擴(kuò)展性的容易，2)較小且可靠的電容器的分布式定位，以及3)冗余的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。[0006]當(dāng)前，具有至多4個(gè)開(kāi)關(guān)的多電平換流器中的電壓電平的數(shù)量被認(rèn)為是受限的，其還限制級(jí)聯(lián)換流器的電路中的電壓電平的數(shù)量。[0007]因此，要求新穎的和改進(jìn)的多電平(也被稱(chēng)作多電平)換流器，其具有較大數(shù)量的電壓電平且可以在級(jí)聯(lián)拓?fù)渲袘?yīng)用?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0008]根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了一種用以產(chǎn)生多電平電壓的換流器單元，其包括串聯(lián)連接的第一、第二和第三電容器;第一、第二、第三和第四電力開(kāi)關(guān)，每個(gè)電力開(kāi)關(guān)具有反并聯(lián)連接的二極管，其中第一電力開(kāi)關(guān)與第二電力開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接并且第三電力開(kāi)關(guān)與第四電力開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接；串聯(lián)連接的第一和第二電力開(kāi)關(guān)與第二電容器并聯(lián)連接;并且第三電力開(kāi)關(guān)的第一節(jié)點(diǎn)被連接到第一電容器的第一節(jié)點(diǎn);并且第四電力開(kāi)關(guān)的第二節(jié)點(diǎn)被連接到第三電容器的第二節(jié)點(diǎn)。[0009]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步方面，提供了一種換流器單元，其進(jìn)一步包括由第一電力開(kāi)關(guān)的第二節(jié)點(diǎn)和第三電力開(kāi)關(guān)的第二節(jié)點(diǎn)形成的輸出端以提供多電平電壓。[0010]根據(jù)本發(fā)明的又進(jìn)一步方面，提供了一種換流器單元，其中多電平電壓是四電平電壓。[0011]根據(jù)本發(fā)明的又進(jìn)一步方面，提供了一種換流器單元，其中換流器單元是包含多個(gè)換流器單元的電路的部分。[0012]根據(jù)本發(fā)明的又進(jìn)一步方面，提供了一種換流器單元，其中電路包含n個(gè)換流器單元，其中n大于2,并且電路被配置成提供具有至少4n+l個(gè)電壓電平的相對(duì)中性點(diǎn)輸出電壓。[0013]根據(jù)本發(fā)明的又進(jìn)一步方面，提供了一種換流器單元，其中電路包含3n個(gè)換流器單元，其中n大于2,并且電路被配置成提供具有至少8n+l個(gè)電壓電平的相間輸出電壓。[0014]根據(jù)本發(fā)明的又進(jìn)一步方面，提供了一種換流器單元，其中換流器單元是級(jí)聯(lián)模塊化多電平換流器的部分。[0015]根據(jù)本發(fā)明的又進(jìn)一步方面，提供了一種換流器單元，其中換流器單元是太陽(yáng)能電池電力系統(tǒng)的部分。[0016]根據(jù)本發(fā)明的又進(jìn)一步方面，提供了一種換流器單元，其中換流器單元中的電容器由太陽(yáng)能電池替代。[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種多電平電壓換流器，其包括：以級(jí)聯(lián)模塊化多電平換流器拓?fù)洳贾玫亩鄠€(gè)3n個(gè)換流器單元，每個(gè)換流器單元具有由3個(gè)電容器和4個(gè)電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)確定的拓?fù)?，所?個(gè)電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的每個(gè)具有續(xù)流二極管，每個(gè)換流器具有被配置成選擇性地提供4個(gè)電壓電平中的一個(gè)的輸出端；以及輸出端，其被使能成選擇性地提供至少8n+l個(gè)相間電壓電平中的一個(gè)。[0018]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種多電平電壓換流器，其中通過(guò)將三個(gè)電容器串聯(lián)連接并通過(guò)將四個(gè)電力開(kāi)關(guān)中的兩個(gè)串聯(lián)連接來(lái)進(jìn)一步確定拓?fù)?。[0019]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種多電平電壓換流器，其中串聯(lián)連接的兩個(gè)電力開(kāi)關(guān)被并聯(lián)連接到串聯(lián)連接的三個(gè)電容器中的一個(gè)。[0020]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種多電平電壓換流器，其中多電平電壓換流器是太陽(yáng)能電池電力系統(tǒng)的部分。[0021]根據(jù)本發(fā)明又進(jìn)一步方面，提供了一種用于產(chǎn)生多電平電壓信號(hào)的方法，其包括：在換流器單元的輸出端上輸出被使能成采取4個(gè)電平中的一個(gè)的電壓信號(hào)，所述換流器單元具有由3個(gè)電容器和4個(gè)電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)確定的拓?fù)洌?個(gè)電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的每個(gè)具有續(xù)流二極管;在電路中以級(jí)聯(lián)模塊化多電平換流器拓?fù)洳贾胣個(gè)換流器單元；以及在電路的輸出端上選擇性地提供被使能成采取至少4n+l個(gè)相電壓電平中的一個(gè)的信號(hào)。[0022]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種多電平電壓換流器，其進(jìn)一步包括在電路中以級(jí)聯(lián)模塊化多電平換流器拓?fù)洳贾?n個(gè)換流器單元；以及在電路的輸出端上選擇性地提供被使能成采取至少8n+l個(gè)線(xiàn)電壓電平中的一個(gè)的信號(hào)。[0023]根據(jù)當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3