多級(jí)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明呈現(xiàn)一種功率轉(zhuǎn)換器。該功率轉(zhuǎn)換器包括至少一個(gè)臂，該至少一個(gè)臂包括第一串，其中該第一串包括多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、第一連接節(jié)點(diǎn)和第二連接節(jié)點(diǎn)，并且其中該第一串跨第一總線和第二總線而操作地耦合。此外，該至少一個(gè)臂包括第二串，其經(jīng)由第一連接節(jié)點(diǎn)和第二連接節(jié)點(diǎn)而操作地耦合于第一串，其中該第二串包括多個(gè)開(kāi)關(guān)單元。還呈現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換的方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】多級(jí)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及功率轉(zhuǎn)換器并且更具體地涉及多級(jí)轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾十年來(lái)，功率轉(zhuǎn)換的領(lǐng)域已經(jīng)由于它在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、可再生能量系統(tǒng)、高壓直流(HVDC)系統(tǒng)及諸如此類(lèi)中即將出現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)而極大地發(fā)展。多級(jí)轉(zhuǎn)換器作為各種中和高壓應(yīng)用的有前途的功率轉(zhuǎn)換技術(shù)而出現(xiàn)。
[0003]多級(jí)轉(zhuǎn)換器提供優(yōu)于普通的二級(jí)轉(zhuǎn)換器的若干優(yōu)勢(shì)。例如，多級(jí)轉(zhuǎn)換器的電力質(zhì)量比二級(jí)轉(zhuǎn)換器的要好。而且，多級(jí)轉(zhuǎn)換器對(duì)于電網(wǎng)與例如光電池(PV)、燃料電池、風(fēng)力渦輪及諸如此類(lèi)的可再生能源之間的接口是理想的。另外，多級(jí)轉(zhuǎn)換器的效率由于它的最小開(kāi)關(guān)頻率而相對(duì)更高。
[0004]近來(lái)，已經(jīng)設(shè)計(jì)具有模塊化結(jié)構(gòu)并且沒(méi)有變壓器的多級(jí)轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器的模塊化結(jié)構(gòu)允許這些轉(zhuǎn)換器堆疊成幾乎無(wú)限數(shù)量的等級(jí)。而且，模塊化結(jié)構(gòu)有助于放大不同的功率和電壓等級(jí)。然而，某些當(dāng)前可用的多級(jí)轉(zhuǎn)換器(例如模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器(MMC))典型地采用大量完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，例如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本公開(kāi)的方面，呈現(xiàn)一種功率轉(zhuǎn)換器。該功率轉(zhuǎn)換器包括至少一個(gè)臂。該至少一個(gè)臂包括第一串，其包括多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、第一連接節(jié)點(diǎn)和第二連接節(jié)點(diǎn)，其中該第一串跨第一總線和第二總線而操作地耦合。此外，該至少一個(gè)臂包括第二串，其經(jīng)由第一連接節(jié)點(diǎn)和第二連接節(jié)點(diǎn)而操作地耦合于第一串，其中該第二串包括多個(gè)開(kāi)關(guān)單元。
[0006]根據(jù)本公開(kāi)的另一個(gè)方面，呈現(xiàn)一種功率轉(zhuǎn)換的方法。該方法包括使第一串耦合于第二串來(lái)形成功率轉(zhuǎn)換器，其中該第一串包括多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并且該第二串包括多個(gè)開(kāi)關(guān)單元。而且，該方法包括基于在功率轉(zhuǎn)換器的第一端子處輸入的第一線路參數(shù)而生成該多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)以及多個(gè)開(kāi)關(guān)單元的開(kāi)關(guān)模式。此外，該方法包括基于生成的開(kāi)關(guān)模式而選擇性地開(kāi)關(guān)多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和多個(gè)開(kāi)關(guān)單元。該方法還包括基于多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和多個(gè)開(kāi)關(guān)單元的選擇性開(kāi)關(guān)而在功率轉(zhuǎn)換器的第二端子處生成第二線路參數(shù)。
[0007]根據(jù)本公開(kāi)的再另一個(gè)方面，呈現(xiàn)一種功率轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括電源、負(fù)載和第一功率轉(zhuǎn)換器。該第一功率轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)或多個(gè)臂，其中該一個(gè)或多個(gè)臂中的每個(gè)包括第一串，其中該第一串包括多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、第一連接節(jié)點(diǎn)、第二連接節(jié)點(diǎn)和第三連接節(jié)點(diǎn)，并且其中該第一串跨第一總線和第二總線而操作地耦合。而且，一個(gè)或多個(gè)臂中的每個(gè)包括經(jīng)由第一連接節(jié)點(diǎn)和第二連接節(jié)點(diǎn)而操作地耦合于第一串的第二串，其中該第二串包括多個(gè)開(kāi)關(guān)單元。此外，該系統(tǒng)包括控制器，其配置成控制多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和多個(gè)開(kāi)關(guān)單元的開(kāi)關(guān)。
[0008]根據(jù)本公開(kāi)的再另一個(gè)方面，呈現(xiàn)一種功率轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括電源、負(fù)載和第一功率轉(zhuǎn)換器。該第一功率轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)或多個(gè)臂，其中該一個(gè)或多個(gè)臂中的每個(gè)包括第一串，其操作地耦合于第一總線與第二總線之間，其中該第一串包括多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、第一連接節(jié)點(diǎn)、第二連接節(jié)點(diǎn)和第三連接節(jié)點(diǎn)，并且其中一個(gè)或多個(gè)臂的第三連接節(jié)點(diǎn)操作地耦合于彼此。而且，一個(gè)或多個(gè)臂中的每個(gè)包括經(jīng)由第一連接節(jié)點(diǎn)和第二連接節(jié)點(diǎn)而操作地耦合于第一串的第二串，其中該第二串包括多個(gè)開(kāi)關(guān)單元。此外，該系統(tǒng)包括控制器，其配置成控制多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和多個(gè)開(kāi)關(guān)單元的開(kāi)關(guān)。
[0009]提供一種功率轉(zhuǎn)換器，其包括:
至少一個(gè)臂，所述至少一個(gè)臂包括:
第一串，其包括多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、第一連接節(jié)點(diǎn)和第二連接節(jié)點(diǎn)，其中所述第一串跨第一總線和第二總線而操作地耦合；以及
第二串，其經(jīng)由所述第一連接節(jié)點(diǎn)和所述第二連接節(jié)點(diǎn)而操作地耦合于所述第一串，其中所述第二串包括多個(gè)開(kāi)關(guān)單元。
[0010]優(yōu)選的，所述多個(gè)開(kāi)關(guān)單元包括多個(gè)完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和至少一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置。
[0011]優(yōu)選的，所述多個(gè)完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)包括絕緣柵雙極晶體管、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、柵極可關(guān)斷晶閘管、絕緣柵極換向晶閘管、注入增強(qiáng)柵極晶體管、基于碳化硅的開(kāi)關(guān)、基于氮化鎵的開(kāi)關(guān)、基于砷化鎵的開(kāi)關(guān)或其組合。
[0012]優(yōu)選的，所述第一總線包括正直流總線并且所述第二總線包括負(fù)直流總線。
[0013]優(yōu)選的，所述第一串包括第一支路和第二支路，并且其中所述第二支路經(jīng)由第三連接節(jié)點(diǎn)而操作地耦合于所述第一支路。
[0014]優(yōu)選的，所述第三連接節(jié)點(diǎn)操作地耦合于第三總線。
[0015]優(yōu)選的，所述第三總線包括直流總線。
[0016]優(yōu)選的，所述第二串包括第一部分和第二部分。
[0017]優(yōu)選的，所述第二串的所述第一和第二部分操作地耦合于第四總線。
[0018]優(yōu)選的，所述第四總線包括交流相。
[0019]優(yōu)選的，所述多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)包括部分可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)或其組合。
[0020]提供一種功率轉(zhuǎn)換的方法，其包括:
使第一串耦合于第二串來(lái)形成功率轉(zhuǎn)換器，其中所述第一串包括多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并且所述第二串包括多個(gè)開(kāi)關(guān)單元；
基于在所述功率轉(zhuǎn)換器的第一端子處輸入的第一線路參數(shù)而生成所述多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)以及所述多個(gè)開(kāi)關(guān)單元的開(kāi)關(guān)模式；
基于生成的開(kāi)關(guān)模式而選擇性地開(kāi)關(guān)所述多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和所述多個(gè)開(kāi)關(guān)單元；
以及
基于所述多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和所述多個(gè)開(kāi)關(guān)單元的選擇性開(kāi)關(guān)而在所述功率轉(zhuǎn)換器的第二端子處生成第二線路參數(shù)。
[0021]優(yōu)選的，所述第一線路參數(shù)和所述第二線路參數(shù)包括交流電壓、直流電壓或其組
口 ο
[0022]優(yōu)選的，選擇性地開(kāi)關(guān)所述多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)包括使所述第二串操作地耦合于第一總線與第二總線之間。
[0023]優(yōu)選的，選擇性地開(kāi)關(guān)所述多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)包括使所述第二串操作地耦合于第二總線與第三總線之間。
[0024]優(yōu)選的，選擇性地開(kāi)關(guān)所述多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)包括使所述第二串的兩端操作地耦合來(lái)形成續(xù)流路徑。
[0025]優(yōu)選的，在所述功率轉(zhuǎn)換器的第二端子處生成所述第二線路參數(shù)包括相對(duì)于第三總線生成正弦電壓。
[0026]提供一種功率轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)，其包括:
電源；
負(fù)載；
第一功率轉(zhuǎn)換器，所述第一功率轉(zhuǎn)換器包括:
一個(gè)或多個(gè)臂，其中所述一個(gè)或多個(gè)臂中的每個(gè)包括:
第一串，其包括多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、第一連接節(jié)點(diǎn)、第二連接節(jié)點(diǎn)和第三連接節(jié)點(diǎn)，其中所述第一串跨第一總線和第二總線而操作地耦合；
第二串，其經(jīng)由所述第一連接節(jié)點(diǎn)和所述第二連接節(jié)點(diǎn)而操作地耦合于所述第一串，其中所述第二串包括多個(gè)開(kāi)關(guān)單元；以及
控制器，其配置成控制所述多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和所述多個(gè)開(kāi)關(guān)單元的開(kāi)關(guān)。
[0027]優(yōu)選的，所述負(fù)載包括電網(wǎng)、電氣設(shè)備或其組合。
[0028]優(yōu)選的，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括第二功率轉(zhuǎn)換器，所述第二功率轉(zhuǎn)換器采用背靠背功率轉(zhuǎn)換器配置而操作地耦合于第一功率轉(zhuǎn)換器。
[0029]優(yōu)選的，所述控制器進(jìn)一步配置成調(diào)節(jié)在線周期期間存儲(chǔ)在所述第二串中的能量。
[0030]優(yōu)選的，所述多個(gè)開(kāi)關(guān)單元包括半橋轉(zhuǎn)換器、全橋轉(zhuǎn)換器或其組合。
[0031]提供一種功率轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)，其包括:
電源；
負(fù)載；
第一功率轉(zhuǎn)換器，所述第一功率轉(zhuǎn)換器包括:
一個(gè)或多個(gè)臂，其中所述一個(gè)或多個(gè)臂中的每個(gè)包括:
第一串，其操作地耦合于第一總線與第二總線之間，其中所述第一串包括多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、第一連接節(jié)點(diǎn)、第二連接節(jié)點(diǎn)和第三連接節(jié)點(diǎn)，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)臂的第三連接節(jié)點(diǎn)操作地耦合于彼此；
第二串，其經(jīng)由所述第一連接節(jié)點(diǎn)和所述第二連接節(jié)點(diǎn)而操作地耦合于所述第一串，其中所述第二串包括多個(gè)開(kāi)關(guān)單元；以及；
控制器，其配置成控制所述多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和所述多個(gè)開(kāi)關(guān)單元的開(kāi)關(guān)。
[0032]優(yōu)選的，所述一個(gè)或多個(gè)臂的第三連接節(jié)點(diǎn)操作地耦合于第三總線。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是功率轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)的圖示；
圖2是常規(guī)模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器的圖示； 圖3是根據(jù)本公開(kāi)的方面在圖1的系統(tǒng)中使用的功率轉(zhuǎn)換器的一部分的示范性實(shí)施例的圖示；
圖4是根據(jù)本公開(kāi)的方面用于在圖3的功率轉(zhuǎn)換器的部分中使用的開(kāi)關(guān)單元的示范性實(shí)施例的圖示；
圖5 (a)-5 (c)是根據(jù)本公開(kāi)的方面在圖3的功率轉(zhuǎn)換器中的可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的示范性開(kāi)關(guān)模式的圖示；
圖6是根據(jù)本公開(kāi)的方面用于在圖1的系統(tǒng)中使用的三相功率轉(zhuǎn)換器的示范性實(shí)施例的圖示；
圖7是根據(jù)本公開(kāi)的方面用于在圖1的系統(tǒng)中使用的三相背靠背功率轉(zhuǎn)換器的示范性實(shí)施例的圖示；
圖8是根據(jù)本公開(kāi)的方面代表對(duì)于功率轉(zhuǎn)換的示范性方法的流程圖；以及圖9是對(duì)應(yīng)于一個(gè)線周期中三個(gè)相位的不同狀態(tài)、用于在圖6和7的系統(tǒng)中使用的電壓波形的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0034]除非另外限定，本文使用的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與由本公開(kāi)所屬的領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員之一所通常理解的相同的含義。如本文使用的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”及諸如此類(lèi)不指示任何順序、數(shù)量或重要性，相反用于將要素彼此區(qū)別開(kāi)來(lái)。同樣，術(shù)語(yǔ)“一(a)”和“一(an)”不指示數(shù)量的限制，相反指示存在引用項(xiàng)中的至少一個(gè)。術(shù)語(yǔ)“或”意指為包括性的并且表示列出項(xiàng)中的一個(gè)、一些或全部。“包含”、“包括”或“具有”及其變化形式在本文的使用意指包含之后列出的項(xiàng)和其等同物以及另外的項(xiàng)。術(shù)語(yǔ)“連接”和“耦合”不限于物理或機(jī)械連接或耦合，并且可以包括電連接或耦合(無(wú)論是直接還是間接的)。此外，術(shù)語(yǔ)“電路”和“回路(circuitry)”和“控制器”可包括單個(gè)組件或多個(gè)組件，其是有源和/或無(wú)源的并且連接或用別的方式耦合在一起來(lái)提供描述的功能。
[0035]如將在下文詳細(xì)描述的，呈現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換的示范性系統(tǒng)和功率轉(zhuǎn)換的方法的各種實(shí)施例。通過(guò)采用下文描述的功率轉(zhuǎn)換器和功率轉(zhuǎn)換的方法，提供多級(jí)轉(zhuǎn)換器。在一個(gè)示例中，功率轉(zhuǎn)換器可包括模塊化多級(jí)嵌入式轉(zhuǎn)換器。如本文使用的術(shù)語(yǔ)多級(jí)轉(zhuǎn)換器用于指以非常低的失真將一個(gè)形式的輸入電壓/電流轉(zhuǎn)換成另一個(gè)形式的輸出電壓/電流的轉(zhuǎn)換器。
[0036]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖，通過(guò)圖1中的示例，描繪用于轉(zhuǎn)換功率的系統(tǒng)100。在一個(gè)實(shí)施例中，用于轉(zhuǎn)換功率的系統(tǒng)100可包括源102、功率轉(zhuǎn)換器104和電網(wǎng)/公用事業(yè)/負(fù)載106。如本文使用的術(shù)語(yǔ)源用于指可再生電源、非可再生電源、發(fā)電機(jī)、電網(wǎng)及諸如此類(lèi)。而且，如本文使用的術(shù)語(yǔ)負(fù)載可用于指電網(wǎng)、電氣設(shè)備及諸如此類(lèi)。另外，功率轉(zhuǎn)換器104可以是多級(jí)轉(zhuǎn)換器。在一個(gè)實(shí)施例中，源102可操作地稱(chēng)合于功率轉(zhuǎn)換器104的第一端子(未不出)。功率轉(zhuǎn)換器104的第二端子(未示出)可操作地耦合于負(fù)載106。該第一端子和第二端子可備選地作為功率轉(zhuǎn)換器104的輸入端子或輸出端子而被采用。如本文使用的術(shù)語(yǔ)操作地耦合可包括有線耦合、無(wú)線耦合、電耦合、磁耦合、無(wú)線電通信、基于軟件的通信及諸如此類(lèi)。
[0037]而且，系統(tǒng)100可包括控制器108。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器108可配置成控制功率轉(zhuǎn)換器104的操作。通過(guò)示例，控制器108可配置成通過(guò)控制功率轉(zhuǎn)換器104的多個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)而控制功率轉(zhuǎn)換器104的操作。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100還可包括其他電路組件(未示出)，例如但不限于，變壓器、斷路器、電感器、補(bǔ)償器、電容器、整流器、電抗器、濾波器及諸如此類(lèi)。將關(guān)于圖6和7更詳細(xì)地解釋功率轉(zhuǎn)換器104。
[0038]現(xiàn)在參考圖2，描繪常規(guī)功率轉(zhuǎn)換器200的圖示。在圖2的示例中，功率轉(zhuǎn)換器200是具有三個(gè)支路202的模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器。此外，每個(gè)支路202包括第一部分206，其經(jīng)由電感器210而操作地耦合于第二部分208。電感器210操作地耦合于至少一個(gè)交流(AC)相(A、B和C)。此外，第一部分206和第二部分208可包括多個(gè)開(kāi)關(guān)單元204，其中每個(gè)開(kāi)關(guān)單元包括兩個(gè)完全可控的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和例如電容器的能量存儲(chǔ)裝置的組合。多個(gè)開(kāi)關(guān)單元204彼此串聯(lián)連接。
[0039]此外，三個(gè)支路202中的每個(gè)的第一端212操作地耦合于第一總線214，例如正直流(DC)總線。相似地，三個(gè)支路202中的每個(gè)的第二端216操作地耦合于第二總線218，例如負(fù)DC總線。第一端子由第一總線214和第二總線218的組合而形成并且第二端子由AC相A、B和C的組合而形成。
[0040]此外，相對(duì)于虛擬接地參考點(diǎn)N，第一總線214處的電壓是+Vd。并且第二總線218處的電壓是一Vdc。而且，交流相A、B和C處的電壓分別由Va、Vb和V。表示。
[0041]在圖2的實(shí)施例中，在任何時(shí)刻，支路202耦合于第一總線214與第二總線218之間。因此，支路202可必須處理跨第一總線214和第二總線218而出現(xiàn)的全DC電壓(2Vdc)。而且，為了控制功率轉(zhuǎn)換器200，支路202的第一部分206和第二部分208可每個(gè)必須經(jīng)受2Vd。的最大電壓。因此，需要的開(kāi)關(guān)單元數(shù)量和/或需要的開(kāi)關(guān)單元的額定值增加。通過(guò)示例，在圖2中，開(kāi)關(guān)單元中的每個(gè)的額定值是ZVdcZN1，其中N1是第一和第二部分206、208中的每個(gè)中的開(kāi)關(guān)單元的數(shù)量。因此，支路202中的每個(gè)開(kāi)關(guān)單元的額定值是4Vde/N，其中N是支路202中的開(kāi)關(guān)單元的數(shù)量并且N=2Nlt)例如，如果假設(shè)跨支路202中的開(kāi)關(guān)單元204中的每個(gè)的電壓是一伏，并且如果Vd。是8伏，則跨支路202的電壓是16伏。因此，對(duì)支路202的第一和第二部分206、208中的每個(gè)所需要的開(kāi)關(guān)單元的數(shù)量是16。因此，對(duì)于給定支路202的開(kāi)關(guān)單元的總數(shù)量是32。因此，對(duì)于具有規(guī)定的額定電壓的開(kāi)關(guān)單元，當(dāng)跨第一總線214和第二總線218的電壓增加時(shí)，支路202中需要的開(kāi)關(guān)單元的數(shù)量也增加。這導(dǎo)致功率轉(zhuǎn)換器中更高數(shù)量的完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，由此使系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性增加。此外，跨第一總線214和第二總線218的電壓增加也使支路202中采用的開(kāi)關(guān)單元204的額定值增加。
[0042]如在上文指出的，常規(guī)的模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器(MMC)需要增加數(shù)量的開(kāi)關(guān)單元，由此導(dǎo)致成本和復(fù)雜性增加。根據(jù)本公開(kāi)的方面，呈現(xiàn)防止常規(guī)MMC的缺點(diǎn)的功率轉(zhuǎn)換器。
[0043]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3，描繪功率轉(zhuǎn)換器(例如圖1的功率轉(zhuǎn)換器104)的一部分的示范性實(shí)施例的圖示300。特別地，在圖3的實(shí)施例中描繪功率轉(zhuǎn)換器的臂300。功率轉(zhuǎn)換器的臂300可包括第一串302和第二串304。更特定地，第一串302可操作地耦合于第二串304來(lái)形成臂300。此外,第一串302可操作地稱(chēng)合于第一總線306與第二總線308之間。在一個(gè)實(shí)施例中，第一總線306可包括正DC總線并且第二總線308可包括負(fù)DC總線。第二串304可經(jīng)由第一連接節(jié)點(diǎn)310和第二連接節(jié)點(diǎn)312而操作地耦合于第一串302。而且，第一串302可包括第一支路314，其經(jīng)由第三連接節(jié)點(diǎn)318而操作地耦合于第二支路316。相似地，第二串304可包括第一部分320，其經(jīng)由AC相324和電感器326而操作地耦合于第二部分322。第三連接節(jié)點(diǎn)318可操作地耦合于第三總線328。
[0044]此外，在圖3的本示例中，第三總線328可以是直流總線，并且更特別地，可以是中間或中央DC總線，其可相對(duì)于第一總線306而處于負(fù)電勢(shì)處并且相對(duì)于第二總線308而處于正電勢(shì)處。而且，第一串302可包括多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)Sp S2、S3和S4 (330)。在圖3的示例中，該多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)可包括部分可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。然而，在另一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)可包括完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。此外，多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)可包括部分可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的組合。通過(guò)非限制性示例，第一串302可包括部分可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)或部分可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)與完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的組合。此外，在一個(gè)示例中，第一串302的第一支路314可包括兩個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S1和S20相似地，第一串302的第二支路316可包括兩個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S3和&?？煽匕雽?dǎo)體開(kāi)關(guān)Sp S2, S3和S4可包括與晶閘管、硅控整流器、柵極可關(guān)斷晶閘管、IGBT及諸如此類(lèi)組合的功率二極管。
[0045]另外，第二串304的第一部分320和第二部分322可包括多個(gè)開(kāi)關(guān)單元334。該開(kāi)關(guān)單元334可以是多個(gè)完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)與能量存儲(chǔ)裝置的組合。完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)可包括絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)、場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)、柵極可關(guān)斷晶閘管、絕緣柵極換向晶閘管(IGCT)、注入增強(qiáng)柵極晶體管(IEGT)、基于碳化硅的開(kāi)關(guān)、基于氮化鎵的開(kāi)關(guān)、基于砷化鎵的開(kāi)關(guān)或其等同物。
[0046]此外，可在單相功率轉(zhuǎn)換器、兩相功率轉(zhuǎn)換器、三相功率轉(zhuǎn)換器和其他等同的多相功率轉(zhuǎn)換器中采用臂300。將參考圖5 (a)-5 (c)、8和9而更詳細(xì)地解釋可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SpS2、S3和S4的開(kāi)關(guān)。
[0047]現(xiàn)在參考圖4，描繪用于在圖3的臂300中使用的開(kāi)關(guān)單元(例如圖3的開(kāi)關(guān)單元334)的示范性實(shí)施例的圖示400。在當(dāng)前預(yù)想的配置中，開(kāi)關(guān)單元400可包括完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)402和404、能量存儲(chǔ)裝置406、第一連接器408和第二連接器410。如先前指出的，完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)402、404可例如包括IGBT、MOSFET、FET、IEGT、柵極可關(guān)斷晶閘管、IGCT、基于碳化硅的開(kāi)關(guān)、基于氮化鎵的開(kāi)關(guān)、基于砷化鎵的開(kāi)關(guān)或其等同物。此外，完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)402、404中的每個(gè)還可包括功率二極管412，其可內(nèi)置到完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)402和404并且與它們反并聯(lián)。內(nèi)置的功率二極管412可提供續(xù)流路徑。這些功率二極管412也可稱(chēng)為續(xù)流二極管。
[0048]而且，在一個(gè)非限制性示例中，能量存儲(chǔ)裝置406可包括電容器。在圖4的示例中，完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)402可與能量存儲(chǔ)裝置406操作地串聯(lián)耦合來(lái)形成第一柱414。而且，另一完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)404形成第二柱416。該第二柱416可與第一柱414操作地并聯(lián)耦合。另外，第一柱414和第二柱416可操作地耦合于第一連接器408與第二連接器410之間。盡管圖4的示例將采用半橋轉(zhuǎn)換器配置的開(kāi)關(guān)單元400描繪為包括兩個(gè)完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)以及一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置，也預(yù)想使用其他數(shù)量的完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)402、404和能量存儲(chǔ)裝置406。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)單元中的一些或全部可布置成形成全橋轉(zhuǎn)換器配置。
[0049]此外，在一個(gè)非限制性示例中，當(dāng)啟用完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)402并且停用完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)404時(shí)，能量存儲(chǔ)裝置406可跨第一連接器408和第二連接器410而出現(xiàn)。因此，跨能量存儲(chǔ)裝置406的電荷作為跨第一連接器408和第二連接器410的電壓而出現(xiàn)。備選地，當(dāng)啟用完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)404并且停用完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)402時(shí)，第一柱414被繞過(guò)，由此跨第一連接器408和第二連接器410提供零電壓。因此，通過(guò)控制圖3的第二串304上的多個(gè)開(kāi)關(guān)單元334中的完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)402和404的開(kāi)關(guān)，跨第二串304而發(fā)展的電壓可被調(diào)節(jié)。
[0050]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖5 (a)-5 (C)，描繪根據(jù)本公開(kāi)的方面的功率轉(zhuǎn)換器的臂(例如圖3的臂300)的不同狀態(tài)的圖示500。通過(guò)示例，描繪圖3的第一串302中的可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)330(SpS2、S3和S4)的開(kāi)關(guān)模式。
[0051]參考圖5 (a)，呈現(xiàn)處于可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的第一開(kāi)關(guān)狀態(tài)中的臂502 (例如圖3的臂300)的圖示。該第一狀態(tài)也可稱(chēng)為正態(tài)。臂502可包括第一串504和第二串506。而且，臂502可操作地耦合于第一總線508與第二總線510之間。如在上文指出的，第一總線508可包括正DC總線并且第二總線510可包括負(fù)DC總線。此外，第一串504可經(jīng)由第一連接節(jié)點(diǎn)512和第二連接節(jié)點(diǎn)514而操作地耦合于第二串506。
[0052]另外，第二串506的第一部分(例如圖3的第一部分320)和第二串506的第二部分(例如圖3的第二部分322)可分別由電壓源Vp 516和Vn 518表示。如在上文指出的，第二串506可包括多個(gè)開(kāi)關(guān)單元(未示出)。第二串506的第一部分和第二串506的第二部分可經(jīng)由交流相520而操作地耦合。而且，第一串504可包括第三連接節(jié)點(diǎn)522，其可操作地耦合于第三總線524。而且，在目前預(yù)想的配置中，第一串504包括四個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，表不為Sp S2> S3和S4。另外,第一總線508處的電壓可表不為+Vde并且第二總線510處的電壓可表示為一 Vd。。通過(guò)示例，第一總線508處的電壓+Vde以及第二總線510處的電壓一Vdc可相對(duì)于虛擬接地。而且，第三總線524處的電壓可表示為Vmid,并且交流相處的電壓可表不為Vac。
[0053]如在圖5 (a)中描繪的，在第一開(kāi)關(guān)狀態(tài)期間，啟用可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S1和S3，同時(shí)使可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S2和S4維持在停用狀態(tài)?？煽匕雽?dǎo)體開(kāi)關(guān)S1和S3的啟用經(jīng)由對(duì)應(yīng)的第二串506而在第一總線508與第三總線524之間提供第一電流路徑526。因此，在正態(tài)中第二串506可操作地稱(chēng)合于第一總線508與第三總線524之間。此外，盡管建立了第一電流路徑526，跨第一總線508和第三總線524的電壓可取決于完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(其對(duì)應(yīng)于第二串506中的多個(gè)開(kāi)關(guān)，例如圖3的開(kāi)關(guān)單元334)的開(kāi)關(guān)。流過(guò)第一電流路徑526的電流表不為Idc。
[0054]采用相似的方式，圖5 (b)是處于可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的第二開(kāi)關(guān)狀態(tài)的臂的圖示528?？煽匕雽?dǎo)體開(kāi)關(guān)的該第二開(kāi)關(guān)狀態(tài)也可稱(chēng)為負(fù)態(tài)。為了便于理解，參考圖5 (a)解釋圖5 (b)。在第二狀態(tài)中，可啟用可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S2和S4，同時(shí)停用可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S1和S30可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S2和S4的啟用可導(dǎo)致在第三總線524與第二總線510之間提供第二電流路徑530。因此，在負(fù)態(tài)中第二串506可操作地耦合于第二總線510與第三總線524之間。
[0055]相似地，圖5 (C)是處于可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的第三開(kāi)關(guān)狀態(tài)的臂的圖示532。可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的該第三開(kāi)關(guān)狀態(tài)也可稱(chēng)為零態(tài)。為了便于理解，參考圖5 (a)解釋圖5 (C)。此夕卜，在第三狀態(tài)中，可啟用可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S2和S3，同時(shí)停用可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S1和S4。可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S2和S3的啟用可導(dǎo)致提供第三電流路徑534。隨后，電流在第三電流路徑534中流動(dòng)。該第三電流路徑534也可稱(chēng)為續(xù)流路徑。另外，第二串506的兩端可經(jīng)由啟用的可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S2和S3以及第三總線524而彼此操作地耦合。盡管，圖5 (a)-5 (c)代表參考單個(gè)臂的三個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，可對(duì)兩相功率轉(zhuǎn)換器、三相功率轉(zhuǎn)換器及諸如此類(lèi)中的多個(gè)臂同時(shí)采用這三個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
[0056]可注意，在例如圖2的功率轉(zhuǎn)換器200的常規(guī)的多級(jí)功率轉(zhuǎn)換器中，支路202必須經(jīng)受2Vd。的電壓。如在5 (a)-5 (c)中描繪的，在任何時(shí)刻，第二串506操作地耦合于第一總線508與第三總線524之間、第三總線524與第二總線510之間，或第二串506的兩端可操作地耦合于第三總線524。因此，第二串506可必須經(jīng)受最大電壓值Vd。。因此，為了有效控制功率轉(zhuǎn)換器，第二串506的第一部分和第二串506的第二部分可每個(gè)必須經(jīng)受最大電壓Vd。。因此，第二串506中期望數(shù)量的開(kāi)關(guān)單元可減少。另外，第二串506的開(kāi)關(guān)單元的額定值也可減少。因此，第二串506的每個(gè)開(kāi)關(guān)單元的額定值可僅是VdcZN1，其中N1是第二串506的第一和第二部分中的每個(gè)中的開(kāi)關(guān)單元的數(shù)量。因此，每個(gè)開(kāi)關(guān)單元的額定值可以是2Vde/N，其中N是第二串506中的開(kāi)關(guān)單元的數(shù)量并且N=2Nlt)為了便于解釋?zhuān)绲诙?06中的開(kāi)關(guān)單元(例如圖3的開(kāi)關(guān)單元334)中的每個(gè)的電壓可假設(shè)為IV。而且，如果Vd。是8伏，常規(guī)功率轉(zhuǎn)換器200必需在圖2的支路202中使用32個(gè)開(kāi)關(guān)單元。然而，對(duì)于相同的Vd。值，在示范性臂502中，第二串506中的開(kāi)關(guān)單元的數(shù)量可至少減半為16。因此，完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的數(shù)量也可對(duì)應(yīng)地減少。因此，對(duì)應(yīng)于完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的傳導(dǎo)和開(kāi)關(guān)損耗也減半。
[0057]此外，第一串504的多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SpS2、S3和S4的開(kāi)關(guān)可與第二串506中的多個(gè)開(kāi)關(guān)單元(未示出)的開(kāi)關(guān)組合地操作。而且，如先前指出的，第二串506中的多個(gè)開(kāi)關(guān)單元的開(kāi)關(guān)可包括完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的啟用和/或停用。
[0058]參考圖6，描繪根據(jù)本公開(kāi)的方面的三相多級(jí)轉(zhuǎn)換器的示范性實(shí)施例的圖示600。在圖6的示例中，功率轉(zhuǎn)換器600是三相模塊化多級(jí)嵌入式轉(zhuǎn)換器。在目前預(yù)想的配置中，三相多級(jí)轉(zhuǎn)換器600包括三個(gè)臂626、628和630。每個(gè)臂可包括相應(yīng)的第一和第二串602、604。
[0059]此外，第一串602包括第一支路606和第二支路608。而且，第二串604的一端可操作地耦合于相應(yīng)第一串602的第一連接節(jié)點(diǎn)604，并且第二串604的另一端可操作地耦合于相同的第一串602的第二連接節(jié)點(diǎn)616。特別地，第二串604的第一部分610的一端可經(jīng)由第一連接節(jié)點(diǎn)614而操作地耦合于第一串602。第一連接節(jié)點(diǎn)614可位于第一串602的第一支路606的兩個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)638 (S1和S2)之間。另外，第二串604的第二部分612的一端可經(jīng)由第二連接節(jié)點(diǎn)616而操作地耦合于第一串602。此外，第二連接節(jié)點(diǎn)616可位于第一串602的第二支路608的兩個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)638 (S3和S4)之間。
[0060]第二串604的第一部分610可經(jīng)由第四總線而操作地耦合于第二串604的第二部分612。如本文使用的術(shù)語(yǔ)第四總線可以是交流(AC)相。特別地，三個(gè)臂626、628、630中的每個(gè)可與至少一個(gè)AC相關(guān)聯(lián)。在非限制性示例中，三相AC系統(tǒng)可包括AC相-A 632、AC相-B 634和AC相-C 636。另外，第一端子(未不出)可由第一總線620和第二總線622的組合而形成。該第一端子也可稱(chēng)為DC端子。而且，組合中的AC相(AC相-632、AC相-B634和AC相-C 636)可形成第二端子(未示出)。該第二端子也可稱(chēng)為AC端子。在圖6的示例中，兩個(gè)DC電壓源640可操作地耦合于第一總線620與第二總線622之間。然而，在一個(gè)示例中，預(yù)想使用其他數(shù)量的DC電壓源。[0061]另外，第一支路606可經(jīng)由第三連接節(jié)點(diǎn)618而操作地耦合于第二支路608。在一個(gè)實(shí)施例中，該第三連接節(jié)點(diǎn)618可以是第一串602的中間點(diǎn)。此外，在一個(gè)示例中，三個(gè)第一串602中的每個(gè)的第三連接節(jié)點(diǎn)618可彼此操作地耦合來(lái)形成浮點(diǎn)。在另一個(gè)實(shí)施例中，三個(gè)第一串602中的每個(gè)的第三連接節(jié)點(diǎn)618可操作地耦合于第三總線624。如在上文指出的，第三總線624可以是中間或中央DC總線。然而，在另一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于在機(jī)器驅(qū)動(dòng)器中的應(yīng)用，三個(gè)第一串602中的每個(gè)的第三連接節(jié)點(diǎn)618可操作地耦合于中性總線。此外，三個(gè)臂626、628、630可操作地耦合于第一總線620與第二總線622之間。
[0062]此外，功率轉(zhuǎn)換器600可操作地耦合于控制器，例如圖1的控制器108。如先前指出的，第一串602可包括多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，同時(shí)第二串604可包括多個(gè)開(kāi)關(guān)單元?？刂破骺膳渲贸煽刂频谝淮?02中的多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)以及第二串604中的多個(gè)開(kāi)關(guān)單元的開(kāi)關(guān)。在一個(gè)示例中，第二串604中的開(kāi)關(guān)單元以及第一串602中的可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)可基于調(diào)制技術(shù)。該調(diào)制技術(shù)可包括脈寬調(diào)制技術(shù)、空間矢量調(diào)制及諸如此類(lèi)。此外，控制器可配置成有助于關(guān)于第三總線624在交流相632、634、636處生成正弦電壓。而且，控制器可配置成平衡并且調(diào)節(jié)在線周期期間存儲(chǔ)在第二串604中的能量。因此，控制器可配置成確保一個(gè)線周期期間第二串604的平均功率是零。如本文使用的術(shù)語(yǔ)線周期可以是AC電壓周期。另外，控制器還可配置成調(diào)節(jié)第一串602和第二串604中的電流以使第三連接節(jié)點(diǎn)618處的電壓維持在大致上等于第三總線624處的電壓的值處。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器可設(shè)置在遠(yuǎn)程位置處。
[0063]在功率轉(zhuǎn)換器600的第一串602中使用僅部分可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)有助于使用于生成期望輸出電壓/電流而采用的完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的數(shù)量減少。因此，可獲得相對(duì)更簡(jiǎn)單且不太昂貴的功率轉(zhuǎn)換器。
[0064]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖7，描繪背靠背模式三相功率轉(zhuǎn)換器的圖示700。該背靠背模式三相功率轉(zhuǎn)換器700可包括第一轉(zhuǎn)換器702，其操作地耦合于第二轉(zhuǎn)換器706。在一個(gè)實(shí)施例中，該第一轉(zhuǎn)換器702和該第二轉(zhuǎn)換器706可具有大致上與圖6的功率轉(zhuǎn)換器600的拓?fù)湎嗨频耐負(fù)洹Ｔ摰谝晦D(zhuǎn)換器702和第二轉(zhuǎn)換器706可每個(gè)包括三個(gè)臂708。而且，第一轉(zhuǎn)換器702和第二轉(zhuǎn)換器706可經(jīng)由第一總線710和第二總線712而操作地耦合。然而，在另一個(gè)實(shí)施例中，第一總線710和第二總線712可被高壓直流(HVDC)傳輸線所取代。臂708中的每個(gè)可包括第一串714，其操作地耦合于第二串716。而且，第一串714(例如圖3的第一串302)可包括多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，并且第二串716 (例如圖3的第二串304)可包括多個(gè)開(kāi)關(guān)單兀?？擅子霉β兽D(zhuǎn)換器700以便于在一個(gè)方向或兩個(gè)方向上傳送電力。此外，功率轉(zhuǎn)換器700可用于在具有不同頻率的兩個(gè)交流電網(wǎng)之間連接并且傳送電力。在該示例中，在這兩個(gè)交流電網(wǎng)之間提供隔離，這可是可期望的。
[0065]現(xiàn)在參考圖8，描繪根據(jù)本公開(kāi)的方面代表功率轉(zhuǎn)換的示范性方法的流程圖800。為了便于理解，將參考圖6描述圖8的方法。方法在步驟802處開(kāi)始，其中可在功率轉(zhuǎn)換器600的第一端子處輸入第一線路參數(shù)。該第一線路參數(shù)可包括DC電壓、DC電流、AC電壓、AC電流或其等同物。在非限制性示例中，可在第一端子處輸入DC電壓并且AC電壓可作為功率轉(zhuǎn)換器600的第二端子處的輸出而獲得。如先前指出的，組合中的AC相(AC相-A 632、AC相-B 634和AC相-C 636)可形成功率轉(zhuǎn)換器600的第二端子?？勺⒁猓谝欢俗雍偷诙俗涌蓚溥x地用作輸入端子和輸出端子。在一個(gè)示例中，DC端子可以是輸入端子并且AC端子可以是輸出端子。然而，在另一個(gè)示例中，AC端子可以是輸入端子并且DC端子可以是輸出端子。
[0066]此外，在步驟804處，對(duì)應(yīng)于多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(例如圖6的Sp S2, S3和S4)以及開(kāi)關(guān)單元(例如圖3的開(kāi)關(guān)單元334)的多個(gè)完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)模式可基于在第一端子處輸入的第一線路參數(shù)而生成。如本文使用的術(shù)語(yǔ)開(kāi)關(guān)模式可代表可啟用和/或停用多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)Sp S2, S3和S4以及開(kāi)關(guān)單元的多個(gè)完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)所采用的方式。可注意，對(duì)應(yīng)于多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S1、S2、S3和S4以及開(kāi)關(guān)單元334的多個(gè)完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)模式可基于第一線路參數(shù)而變化。此外，在一個(gè)示例中，對(duì)應(yīng)于多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)Sp S2, S3和S4以及開(kāi)關(guān)單元334的多個(gè)完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)模式還可取決于要生成的期望輸出。
[0067]而且，在步驟806處，第一串602中的多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)SpS2、S3和S4以及第二串604中的多個(gè)開(kāi)關(guān)單元可基于在步驟804處生成的開(kāi)關(guān)模式而選擇性地開(kāi)關(guān)。如本文使用的術(shù)語(yǔ)開(kāi)關(guān)可包括啟用和/或停用第一串602中的多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)Sp S2, S3和S4。采用相似的方式，第二串604中的多個(gè)開(kāi)關(guān)單元的開(kāi)關(guān)可包括啟用和/或停用開(kāi)關(guān)單元中的完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。
[0068]此外，在步驟808處，可基于步驟806的選擇性開(kāi)關(guān)而在功率轉(zhuǎn)換器600的第二端子處生成第二線路參數(shù)。在一個(gè)示例中，該第二線路參數(shù)可包括DC電壓、AC電壓及諸如此類(lèi)。此外，在臂(例如圖6的臂626、628、630)的零態(tài)、正態(tài)和負(fù)態(tài)期間可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)有助于生成第二線路參數(shù)，其代表圖6的模塊化多級(jí)嵌入式轉(zhuǎn)換器600的輸出。
[0069]參考圖9，描繪根據(jù)本公開(kāi)的方面對(duì)應(yīng)于一個(gè)線周期901中的三個(gè)AC相(參見(jiàn)圖6)的不同狀態(tài)的電壓波形的圖示900。為了便于理解，將參考圖5 (a)-5 (c)、6和8描述圖9。在目前預(yù)想的配置中，線周期901可分成六個(gè)段902、904、906、908、910、912。而且，三個(gè)AC相可包括AC相-A 632、AC相-B 634和AC相-C 636。在圖9的示例中，呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)于AC三個(gè)相A、B和C的電壓波形。對(duì)應(yīng)于三個(gè)相的電壓波形可包括對(duì)應(yīng)于AC相-A的第一電壓波形914、對(duì)應(yīng)于AC相-B的第二電壓波形916和對(duì)應(yīng)于AC相-C的第三電壓波形918。
[0070]而且，六個(gè)段902、904、906、908、910、912可具有對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式來(lái)生成期望的輸出。如在上文指出的，開(kāi)關(guān)模式可在圖8的步驟804處確定。在對(duì)應(yīng)于每個(gè)段的線周期901的一部分期間，該段可具有處于正態(tài)的一個(gè)或兩個(gè)臂以及處于負(fù)態(tài)的其他臂。此外，三個(gè)AC相的線周期901可包括六個(gè)瞬態(tài)區(qū)920、922、924、926、928和930。如本文使用的術(shù)語(yǔ)瞬態(tài)區(qū)用于指一區(qū)，在該區(qū)期間臂626、628、630中的至少一個(gè)從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個(gè)。在一個(gè)非限制性示例中，在瞬態(tài)區(qū)922處，與AC相C關(guān)聯(lián)的臂630的狀態(tài)從正態(tài)變成負(fù)態(tài)。
[0071]此外，在兩個(gè)相鄰段之間的轉(zhuǎn)變期間，臂中的一個(gè)可處于正態(tài)，而另一個(gè)臂可處于負(fù)態(tài)，并且再另一個(gè)臂可處于零態(tài)。特別地，在段902中，與AC相A關(guān)聯(lián)的臂626以及與AC相C關(guān)聯(lián)的臂630可處于正態(tài)，而與AC相B關(guān)聯(lián)的臂628可處于負(fù)態(tài)。而且，與AC相A關(guān)聯(lián)的臂626以及與AC相C關(guān)聯(lián)的臂630可在第一總線620與第三總線624之間彼此操作地并聯(lián)耦合。特別地，與AC相-A關(guān)聯(lián)的第二串604以及與AC相-C關(guān)聯(lián)的第二串604可通過(guò)對(duì)應(yīng)的第一串602的啟用的開(kāi)關(guān)S1和S3而在第一總線620與第三總線624之間彼此操作地并聯(lián)耦合。此外，與AC相B關(guān)聯(lián)的臂628可操作地耦合于第三總線624與第二總線622之間。特別地，可啟用對(duì)應(yīng)于與AC相B關(guān)聯(lián)的第一串602的開(kāi)關(guān)S2和S4。因此，與AC相A關(guān)聯(lián)的臂626以及與AC相C關(guān)聯(lián)的臂630可彼此操作地并聯(lián)耦合并且進(jìn)一步與臂628(與AC相B關(guān)聯(lián))操作地串聯(lián)耦合，如由標(biāo)號(hào)932指示的。
[0072]繼續(xù)參考圖9，段902后跟瞬態(tài)區(qū)922。在瞬態(tài)區(qū)922處，與AC相A關(guān)聯(lián)的臂626繼續(xù)處于正態(tài)并且與AC相B關(guān)聯(lián)的臂628繼續(xù)處于負(fù)態(tài)。然而，與AC相C關(guān)聯(lián)的臂630從正態(tài)轉(zhuǎn)變成零態(tài)，如由標(biāo)號(hào)934指示的?？蓡⒂门cAC相C關(guān)聯(lián)的第一串602的開(kāi)關(guān)S2和S30因此，當(dāng)與AC相C關(guān)聯(lián)的臂630處于零態(tài)時(shí)，臂630的兩端可操作地耦合于第三總線624。
[0073]在瞬態(tài)區(qū)922之前，與AC相C關(guān)聯(lián)的臂630在段902中處于正態(tài)。因此，在瞬態(tài)區(qū)922處，可停用對(duì)應(yīng)于第一串602 (其與AC相C關(guān)聯(lián))的開(kāi)關(guān)S1并且可啟用對(duì)應(yīng)于第一串602 (其與AC相C關(guān)聯(lián))的開(kāi)關(guān)S2?？赏ㄟ^(guò)施加?xùn)艠O觸發(fā)信號(hào)而啟用開(kāi)關(guān)S2。而且，在段902處，如先前指出的，與AC相A關(guān)聯(lián)的臂626以及與AC相C關(guān)聯(lián)的臂630可通過(guò)對(duì)應(yīng)的啟用的開(kāi)關(guān)S1和S3而在第一總線620與第三總線624之間彼此操作地并聯(lián)耦合。因此，第一總線620上的DC電流被與AC相A關(guān)聯(lián)的臂626以及與AC相C關(guān)聯(lián)的臂630所共享。因此，第一總線620上的DC電流被與AC相A關(guān)聯(lián)的第一串602的開(kāi)關(guān)S1和S3以及與AC相C關(guān)聯(lián)的第一串602的開(kāi)關(guān)S1和S3所共享。對(duì)應(yīng)于與AC相C關(guān)聯(lián)的第一串602的開(kāi)關(guān)S1的停用可通過(guò)使電流在與AC相C關(guān)聯(lián)的第一串602中減少到接近零值而實(shí)現(xiàn)。此外，與AC相C關(guān)聯(lián)的第一串602中的電流減少到接近零可通過(guò)采用控制器(例如圖1的控制器108)而實(shí)現(xiàn)。
[0074]相似地，對(duì)應(yīng)于臂626、628、630的第一串602中的可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)可對(duì)段904、906、908、910和912以及對(duì)瞬態(tài)區(qū)924、926、928、930和920來(lái)執(zhí)行以獲得期望的輸出線路參數(shù)。如先前指出的，在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于AC相-A、AC相-B和AC相-C的第一串中的可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)可由控制器控制。
[0075]此外，前面的示例、證明和過(guò)程步驟(例如可由系統(tǒng)執(zhí)行的那些)可由適合的代碼在例如通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)的基于處理器的系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。還應(yīng)該注意，本技術(shù)的不同的實(shí)現(xiàn)可采用不同的順序或大致上同時(shí)(即，并行)執(zhí)行本文描述的步驟中的一些或全部。此外，可采用多種編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)功能，所述編程語(yǔ)言包括但不限于C++或Java?？纱鎯?chǔ)或改寫(xiě)這樣的代碼用于存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)有形的機(jī)器可讀介質(zhì)上，例如在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)芯片、本地或遠(yuǎn)程硬盤(pán)、光盤(pán)(即，⑶或DVD)、存儲(chǔ)器或其他介質(zhì)上，其可由基于處理器的系統(tǒng)訪問(wèn)來(lái)執(zhí)行存儲(chǔ)的代碼。注意有形介質(zhì)可包括在其上印刷指令的紙或另一個(gè)適合的介質(zhì)。例如，指令可通過(guò)光掃描紙或其他介質(zhì)而被電子地捕獲、然后編譯、解釋或另外以適合的方式處理(如需要)，并且然后存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)或存儲(chǔ)器中。
[0076]上文描述的功率轉(zhuǎn)換器和功率轉(zhuǎn)換的方法的各種實(shí)施例有助于開(kāi)發(fā)多級(jí)功率轉(zhuǎn)換器，由此允許生成高功率/電壓/電流輸出。此外，因?yàn)槭痉缎怨β兽D(zhuǎn)換器在與常規(guī)的模塊化功率轉(zhuǎn)換器相比時(shí)利用大約一半數(shù)量的開(kāi)關(guān)單元，可提供具有更低成本的系統(tǒng)。而且，在功率轉(zhuǎn)換器中使用晶閘管提供不太昂貴的系統(tǒng)。此外，使用晶閘管提供具有大致上更低損耗的功率轉(zhuǎn)換器。另外，示范性功率轉(zhuǎn)換器可防止在DC鏈路中對(duì)額外電容器的需要。功率轉(zhuǎn)換器的各種實(shí)施例可在太陽(yáng)能、風(fēng)力和其他可再生發(fā)電裝置中具有應(yīng)用。而且，可在類(lèi)似熱電廠、水電廠及其等同物的非可再生發(fā)電系統(tǒng)中采用功率轉(zhuǎn)換器。另外，功率轉(zhuǎn)換器可作為DC-AC轉(zhuǎn)換器或AC-DC轉(zhuǎn)換器而采用以供在HVDC傳輸和配電系統(tǒng)中使用。
[0077]盡管本發(fā)明已經(jīng)參考示范性實(shí)施例描述，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將理解可做出各種改變并且等同物可代替其元件而不偏離本發(fā)明的范圍。另外，可做出許多修改以使特定情況或材料適應(yīng)于本發(fā)明的教導(dǎo)而不偏離其本質(zhì)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種功率轉(zhuǎn)換器，包括: 至少一個(gè)臂，所述至少一個(gè)臂包括: 第一串，其包括多個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、第一連接節(jié)點(diǎn)和第二連接節(jié)點(diǎn)，其中所述第一串跨第一總線和第二總線而操作地耦合；以及 第二串，其經(jīng)由所述第一連接節(jié)點(diǎn)和所述第二連接節(jié)點(diǎn)而操作地耦合于所述第一串，其中所述第二串包括多個(gè)開(kāi)關(guān)單元。
2.如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述多個(gè)開(kāi)關(guān)單元包括多個(gè)完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和至少一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述多個(gè)完全可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)包括絕緣柵雙極晶體管、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、柵極可關(guān)斷晶閘管、絕緣柵極換向晶閘管、注入增強(qiáng)柵極晶體管、基于碳化硅的開(kāi)關(guān)、基于氮化鎵的開(kāi)關(guān)、基于砷化鎵的開(kāi)關(guān)或其組合。
4.如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一總線包括正直流總線并且所述第二總線包括負(fù)直流總線。
5.如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一串包括第一支路和第二支路，并且其中所述第二支路經(jīng)由第三連接節(jié)點(diǎn)而操作地耦合于所述第一支路。
6.如權(quán)利要求5所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述第三連接節(jié)點(diǎn)操作地耦合于第三總線。
7.如權(quán)利要求6所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述第三總線包括直流總線。
8.如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述第二串包括第一部分和第二部分。
9.如權(quán)利要求8所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述第二串的所述第一和第二部分操作地耦合于第四總線。
10.如權(quán)利要求9所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述第四總線包括交流相。
【文檔編號(hào)】H02M7/53GK103715931SQ201310447786
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28日
【發(fā)明者】張迪, L.J.加西斯, R.達(dá)塔, R.N.拉朱 申請(qǐng)人:通用電氣公司