多電平變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的特征的多電平變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]這樣的多電平變換器在會(huì)議文集“Modulares Stromrichterkonzept furNetzkupplungsanwendungen bei hohen Spannungen用于高電壓下網(wǎng)絡(luò)親合應(yīng)用的模塊化變流器方案”(Rainer Marquardt,Anton Lesnicar和Jiirgen Hildinger，慕尼黑大學(xué)電氣驅(qū)動(dòng)技術(shù)、功率電子和控制學(xué)院，ETG專業(yè)會(huì)議功率電子器件和其應(yīng)用，2002，Bad Nauheim)中進(jìn)行了描述。以前已知的多電平變換器配備有多個(gè)串聯(lián)連接的子模塊，其分別具有第一開關(guān)、第二開關(guān)和電容器，并且在放電階段借助電容器向外輸送電流，并且在充電階段接收電流，以對(duì)電容器進(jìn)行充電。中央裝置用于控制多電平變換器的工作方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種多電平變換器，其具有特別簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，但是仍然能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。
[0004]根據(jù)本發(fā)明，上述技術(shù)問題通過(guò)具有根據(jù)權(quán)利要求1的特征的多電平變換器來(lái)解決。在從屬權(quán)利要求中給出了根據(jù)本發(fā)明的多電平變換器的有利構(gòu)造。
[0005]據(jù)此根據(jù)本發(fā)明設(shè)置為，所述子模塊中的至少兩個(gè)串聯(lián)連接，以形成多模塊，其中，在所述多模塊的充電階段和放電階段中，使每個(gè)子模塊的開關(guān)中的相應(yīng)的一個(gè)關(guān)斷，并且使每個(gè)子模塊的相應(yīng)的其它開關(guān)導(dǎo)通，以及所述多模塊具有與所述中央裝置連接的控制裝置，所述控制裝置根據(jù)所述中央裝置的控制信號(hào)對(duì)所述多模塊的子模塊進(jìn)行控制，其中，所述控制裝置被構(gòu)造為，監(jiān)視所述子模塊的電容器電壓，并且在所述電容器電壓不對(duì)稱的情況下，通過(guò)在與所述多模塊的其余子模塊的電容器電壓相比電容器電壓過(guò)小的子模塊中相應(yīng)地設(shè)置至少一個(gè)鎖定階段，來(lái)進(jìn)行對(duì)稱化，在所述鎖定階段中第一開關(guān)和第二開關(guān)同時(shí)關(guān)斷。
[0006]可以看到，根據(jù)本發(fā)明的多電平變換器的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)子模塊的控制不需要由中央裝置自己針對(duì)所有子模塊單獨(dú)進(jìn)行，而是可以替代地經(jīng)由各個(gè)多模塊中的中間連接的控制裝置來(lái)進(jìn)行。由于將子模塊分配到多模塊中，因此減輕了中央裝置的控制任務(wù)的負(fù)擔(dān)。此外，能夠減少控制線路的數(shù)量，因?yàn)槊總€(gè)子模塊不再需要與中央裝置直接連接。因此，根據(jù)本發(fā)明的多電平變換器的結(jié)構(gòu)比以前已知的多電平變換器的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單;相應(yīng)地制造成本降低。
[0007]可以看到，根據(jù)本發(fā)明的多電平變換器的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于，能夠在其中以非常簡(jiǎn)單的方式進(jìn)行組合成多模塊的子模塊的電容器電壓的對(duì)稱化，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的鎖定階段中的對(duì)稱化與流過(guò)多模塊或其子模塊的模塊電流的電流方向無(wú)關(guān)地自動(dòng)進(jìn)行;然后在處于鎖定階段的子模塊中，僅能夠?qū)﹄娙萜鬟M(jìn)行充電，而不能進(jìn)行放電。為了進(jìn)行對(duì)稱化，既不需要知道、也不需要測(cè)量模塊電流的電流方向；更確切而言，在電容器電壓過(guò)小的子模塊中設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的鎖定階段就足夠了。換句話說(shuō)，通過(guò)在具有足夠的中間回路電壓的子模塊中允許電容器放電，而在中間回路電壓過(guò)小的子模塊中在鎖定階段中阻止電容器放電，來(lái)進(jìn)行對(duì)稱化。
[0008]可以視為有利的是，所述控制裝置針對(duì)每個(gè)子模塊確定電容器電壓與所述多模塊的子模塊的電容器電壓的平均值的偏差，并且在所述偏差超過(guò)預(yù)先給定的閾值的情況下，對(duì)于相應(yīng)的子模塊相應(yīng)地設(shè)置至少一個(gè)鎖定階段。
[0009]優(yōu)選所述控制裝置依據(jù)電容器電壓的不對(duì)稱度來(lái)確定子模塊各自的鎖定階段的時(shí)間長(zhǎng)度。
[0010]特別有利的是，所述控制裝置針對(duì)每個(gè)子模塊確定電容器電壓與多模塊的子模塊的電容器電壓的平均值的偏差，并且依據(jù)電容器電壓與平均值的相應(yīng)的偏差來(lái)確定子模塊各自的鎖定階段的時(shí)間長(zhǎng)度，其中，電容器電壓與平均值的相應(yīng)的偏差越大，相應(yīng)的鎖定階段的時(shí)間長(zhǎng)度越大。
[0011]特別有利的是，所述控制裝置被構(gòu)造為，當(dāng)從所述中央裝置接收到用于切換子模塊的第一開關(guān)和第二開關(guān)的控制信號(hào)，相應(yīng)地觸發(fā)鎖定階段。
[0012]有利的是，每個(gè)子模塊的第一開關(guān)與所述電容器串聯(lián)連接，并且第二開關(guān)優(yōu)選與電容器和第一開關(guān)的串聯(lián)電路并聯(lián)地電連接。
[0013]關(guān)于鎖定階段的時(shí)間安排，視為有利的是，所述控制裝置被構(gòu)造為，當(dāng)?shù)诙_關(guān)關(guān)斷或者要根據(jù)所述中央裝置的控制信號(hào)關(guān)斷時(shí)，相應(yīng)地引入鎖定階段，并且鎖定階段的引入以第一開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間為代價(jià)來(lái)執(zhí)行。
[0014]特別有利的是，第一開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間的縮短以與第二開關(guān)的關(guān)斷時(shí)間對(duì)稱的方式進(jìn)行，由此保持電壓脈沖的中軸線。當(dāng)在第一開關(guān)導(dǎo)通之前的鎖定階段的長(zhǎng)度與在第一開關(guān)再一次關(guān)斷和第二開關(guān)對(duì)應(yīng)地導(dǎo)通之后的鎖定階段的時(shí)間長(zhǎng)度一樣大時(shí)，能夠以有利的方式實(shí)現(xiàn)這種對(duì)稱化。
[0015]有利的是，第一二極管與第一開關(guān)并聯(lián)連接，第二二極管與第二開關(guān)并聯(lián)連接。優(yōu)選地，包括第一二極管和第二二極管的串聯(lián)電路與所述電容器并聯(lián)連接。
[0016]關(guān)于二極管，可以視為有利的是，第一二極管的陽(yáng)極接線端與第二二極管的陰極接線端連接，并且第一二極管的陰極接線端與所述電容器的一個(gè)電容器接線端連接，并且第二二極管的陽(yáng)極接線端與所述電容器的另一電容器接線端連接。
[0017]本發(fā)明還涉及一種多電平變換器的操作方法，所述多電平變換器具有多個(gè)串聯(lián)連接的子模塊，所述子模塊分別具有第一開關(guān)、第二開關(guān)和電容器，并且在放電階段中借助所述電容器向外輸出電流，并且在充電階段中接收電流，以對(duì)所述電容器進(jìn)行充電。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，關(guān)于這種方法設(shè)置為，將所述子模塊中的至少兩個(gè)串聯(lián)連接，以形成多模塊，其中，在所述多模塊的充電階段和放電階段中，使每個(gè)子模塊的開關(guān)中的相應(yīng)的一個(gè)關(guān)斷，并且使每個(gè)子模塊的相應(yīng)的其它開關(guān)導(dǎo)通，并且監(jiān)視所述子模塊的電容器電壓，并且在所述電容器電壓不對(duì)稱的情況下，通過(guò)在與所述多模塊的其余子模塊的電容器電壓相比電容器電壓過(guò)小的子模塊中相應(yīng)地設(shè)置至少一個(gè)鎖定階段，來(lái)進(jìn)行對(duì)稱化，在所述鎖定階段中將第一開關(guān)和第二開關(guān)同時(shí)關(guān)斷。
[0019]關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)，請(qǐng)參考上面結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的多電平變換器的描述，因?yàn)樯厦娴拿枋鰧?duì)于根據(jù)本發(fā)明的方法對(duì)應(yīng)地適用。
[0020]有利的是，第一開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間的縮短以與第二開關(guān)的關(guān)斷時(shí)間的時(shí)間位置對(duì)稱的方式進(jìn)行。
[0021]關(guān)于相應(yīng)的子模塊的第一開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間相對(duì)于第二開關(guān)的關(guān)斷時(shí)間的對(duì)稱或居中的時(shí)間位置，可以視為有利的是，在與所述多模塊的其余子模塊的電容器電壓相比電容器電壓過(guò)小的子模塊中，相應(yīng)地設(shè)置兩個(gè)鎖定階段，在鎖定階段中，第一開關(guān)和第二開關(guān)同時(shí)關(guān)斷，其中，兩個(gè)鎖定階段的長(zhǎng)度相等，并且鎖定階段中的一個(gè)位于在第二開關(guān)關(guān)斷之后并且在第一開關(guān)導(dǎo)通之前的時(shí)間間隔中，并且另一個(gè)鎖定階段處于在第一開關(guān)在時(shí)間上隨后的(再一次)關(guān)斷之后并且在第二開關(guān)在時(shí)間上隨后的(再一次)導(dǎo)通之前的時(shí)間間隔中。
【附圖說(shuō)明】
[0022]下面根據(jù)實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明；在此示例性地:
[0023]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的多電平變換器的一個(gè)實(shí)施例，
[0024]圖2進(jìn)一步詳細(xì)示出了根據(jù)圖1的多電平變換器的包括兩個(gè)子模塊的多模塊的一個(gè)實(shí)施例，
[0025]圖3示例性地針對(duì)子模塊的電容器的電容器電壓相同或者至少近似相同的情況，示出了根據(jù)圖2的多模塊的工作方式，
[0026]圖4示例性地針對(duì)通過(guò)設(shè)置鎖定階段使電容器電壓對(duì)稱以及電容器電壓均衡的情況，示出了根據(jù)圖2的多模塊的工作方式，
[0027]圖5示例性地針對(duì)對(duì)子模塊的中間回路進(jìn)行充電的正模塊電流的情況，示出了在閉鎖時(shí)間期間通過(guò)根據(jù)圖2的多模塊的“閉鎖的”子模塊的電流流動(dòng)，
[0028]圖6針對(duì)負(fù)模塊電流的情況，示出了在閉鎖時(shí)間期間通過(guò)“閉鎖的”子模塊的電流流動(dòng)，
[0029]圖7作為對(duì)比針對(duì)正模塊電流的情況，示出了在開關(guān)模塊的第一開關(guān)的正常導(dǎo)通時(shí)間期間通過(guò)“閉鎖的”子模塊的電流流動(dòng)，以及
[0030]圖8作為對(duì)比針對(duì)負(fù)模塊電流的情況，示出了在第一開關(guān)的正常導(dǎo)通時(shí)間期間通過(guò)“閉鎖的”子模塊的電流流動(dòng)。
[0031]在附圖中，為了清楚起見，對(duì)于相同或類似的部件總是使用相同的附圖標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0032]在圖1中示出了三相多電平變換器10的一個(gè)實(shí)施例。其包括交流電壓接線端W10，用于饋入或者送出或取出交流電流。此外，多電平變換器10配備有兩個(gè)電壓接線端GlOa和GlOb，在這兩個(gè)電壓接線端處能夠饋入或取出直流電流或者隨著時(shí)間可變的電流、特別是還有交流電流；下面將電壓接線端GlOa和GlOb例如稱為“直流電壓接線端”，雖然如所提及的，在這兩個(gè)電壓接線端處不一定僅饋入或送出直流電流。
[0033]多電平變換器10具有3個(gè)并聯(lián)連接的串聯(lián)電路R1、R2和R3，其外部接線端R11、R21和R31連接到直流電壓接線端GlOa。外部接線端R12、R22和R32連接到直流電壓側(cè)G10的直流電壓接線端GlOb。換句話說(shuō)，S卩3個(gè)串聯(lián)電路R1、R2和R3的外部接線端形成多電平變換器10的直流電壓側(cè)。
[0034]3個(gè)串聯(lián)電路R1、R2和R3中的每一個(gè)分別配備有多個(gè)串聯(lián)連接的子模塊T以及兩個(gè)電感D。中間接線端Ζ分別位于兩個(gè)電感D之間，中間接線端Ζ在電勢(shì)方面處于在圖1中的上面的子模塊和在圖1中的下面的子模塊之間，并且分別形成多電平變換器10的3個(gè)交流電壓接線端W10中的一個(gè)。
[0035]此外，在圖1中例如還能夠看到子模塊Τ的結(jié)構(gòu)。在根據(jù)圖1的實(shí)施例中，子模塊Τ中的每一個(gè)分別具有(例如晶體管形式的