三電平變換器和用于控制三電平變換器的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三電平變換器，并且涉及用于控制三電平變換器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三電平變換器是具有三個(gè)DC(直流)極的變換器。除了正DC極和負(fù)DC極以外，三電平變換器具有中性DC極。在下述文獻(xiàn)中給出了三電平中點(diǎn)鉗位變換器的不例:T.Brilckner, S.Bernet 和 H.Gilldner, “The Active NPC Converter and ItsLoss-balancing Control”, IEEE工業(yè)電子學(xué)匯刊,第52卷，第3期，2005年6月。特別地，給出了有源三電平中點(diǎn)鉗位(ANPC)變換器的示例。
[0003]圖1示出了有源三電平中點(diǎn)鉗位變換器的開(kāi)關(guān)支路的主要電路的示例。開(kāi)關(guān)支路包括六個(gè)二極管D1至D6以及六個(gè)可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S1到S6。因此，三個(gè)DC極Udc+、Udc_、NP中的任何極可以借助于可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S1至S6以及二極管D1至D6來(lái)連接至開(kāi)關(guān)支路的AC(交流)極。包括一個(gè)或更多條開(kāi)關(guān)支路的變換器(如圖1的變換器)可以用作整流器或逆變器?？煽匕雽?dǎo)體開(kāi)關(guān)S1至S6則是根據(jù)所使用的控制或調(diào)制方案而被控制的。
[0004]通常，ANPC變換器是利用各種PWM (脈沖寬度調(diào)制)方法來(lái)控制的，在PWM方法中，以脈沖方式將每個(gè)有源半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)控制成導(dǎo)通狀態(tài)。這樣的脈沖的長(zhǎng)度根據(jù)控制方法而變化，使得例如，向變換器的AC輸出提供所需的平均電壓。當(dāng)用作電源逆變器時(shí)，這種PWM變換器通常需要LCL濾波器，該LCL濾波器濾除PWM頻率信號(hào)，但使實(shí)際有效的信號(hào)(即基頻信號(hào))通過(guò)。在這種情況下，所得到的主電流和主電壓基本上是近似正弦的。ANPC變換器可以將功率從DC電路傳遞至AC網(wǎng)絡(luò)(即用作逆變器)或者可以將功率從AC網(wǎng)絡(luò)傳遞至DC電路(即用作整流器)。由于ANPC變換器可以提供去往中性DC極的電流路徑，所以可能存在以下情況:如果進(jìn)入中性DC極的總電流偏離零，則中性DC極的電位可能會(huì)偏移。結(jié)果，例如可能需要利用單獨(dú)的調(diào)節(jié)電路和/或算法來(lái)使中性DC極的電位平衡。
[0005]關(guān)于上述基于PWM控制的方案的問(wèn)題在于它需要使用LCL濾波器和復(fù)雜的調(diào)節(jié)電路來(lái)控制中性DC極的電位，這使該方案變得較復(fù)雜并且潛在地變得較昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種方法和一種用于實(shí)現(xiàn)該方法的裝置，以解決或至少緩解上述問(wèn)題。本發(fā)明的目的通過(guò)一種三電平變換器和控制三電平變換器的方法來(lái)達(dá)到。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種三電平變換器，所述三電平變換器包括三條開(kāi)關(guān)支路，每條開(kāi)關(guān)支路包括:
[0008]-第一可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(Sll，S12，S13)和第二可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S21，S22，S23)，所述第一可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(sil，S12，S13)和所述第二可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S21，S22，S23)串聯(lián)連接在所述變換器的正直流極(Udc+)與所述開(kāi)關(guān)支路的交流極(AC1，AC2，AC3)之間，其中，所述第一可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)連接至所述變換器的所述正直流極；
[0009]-第一二極管(Dll，D12，D13)和第二二極管(D21，D22，D23)，所述第一二極管(D11，D12，D13)與所述第一可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接，所述第二二極管(D21，D22，D23)與所述第二可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接；
[0010]-第三可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S31，S32，S33)和第四可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S41，S42，S43)，所述第三可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S31，S32，S33)和所述第四可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S41，S42，S43)串聯(lián)連接在所述變換器的負(fù)直流極(Udc-)與所述開(kāi)關(guān)支路的所述交流極(AC1，AC2，AC3)之間，其中，所述第四可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)連接至所述變換器的所述負(fù)直流極；
[0011]-第三二極管(D31，D32，D33)和第四二極管(D41，D42，D43)，所述第三二極管(D31，D32，D33)與所述第三可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接，所述第四二極管(D41，D42，D43)與所述第四可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接；
[0012]-第五可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S51，S52，S53)，所述第五可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S51，S52，S53)連接在所述變換器的中性直流極(NP)與所述第一可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和所述第二可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)之間的連接點(diǎn)之間；
[0013]-第六可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S61，S62，S63)，所述第六可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S61，S62，S63)連接在所述變換器的所述中性直流極(NP)與所述第三可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和所述第四可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)之間的連接點(diǎn)之間；以及
[0014]-第五二極管(D51，D52，D53)和第六二極管(D61，D62，D63)，所述第五二極管(D51，D52，D53)與所述第五可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接，所述第六二極管(D61，D62，D63)與所述第六可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接；以及
[0015]-用于控制可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的裝置(100)，其中，
[0016]a)用于控制可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的所述裝置(100)被配置成:當(dāng)所述變換器(10)經(jīng)由所述開(kāi)關(guān)支路的所述交流極(AC1，AC2，AC3)連接至三相交流網(wǎng)絡(luò)(20)并且所述變換器用作整流器時(shí):
[0017]將所有開(kāi)關(guān)支路當(dāng)中的在其交流極(AC1，AC2，AC3)中具有最大正電壓的開(kāi)關(guān)支路的所述第三可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S31，S32，S33)、所述第四可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S41，S42，S43)和所述第五可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S51，S52，S53)控制成在上述開(kāi)關(guān)支路在其交流極中具有最大正電壓時(shí)的整個(gè)時(shí)間段內(nèi)不導(dǎo)通；以及
[0018]將所有開(kāi)關(guān)支路當(dāng)中的在其交流極(AC1，AC2，AC3)中具有最負(fù)負(fù)電壓的開(kāi)關(guān)支路的所述第一可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(Sll，S12，S13)、所述第二可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S21，S22，S23)和所述第六可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S61，S62，S63)控制成在上述開(kāi)關(guān)支路在其交流極中具有最負(fù)負(fù)電壓時(shí)的整個(gè)時(shí)間段內(nèi)不導(dǎo)通，
[0019]并且其中，
[0020]b)用于控制可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的所述裝置(100)被配置成:當(dāng)所述變換器(10)經(jīng)由所述開(kāi)關(guān)支路的所述交流極(AC1，AC2，AC3)連接至三相交流網(wǎng)絡(luò)(20)并且所述變換器用作逆變器時(shí):
[0021]將所有開(kāi)關(guān)支路當(dāng)中的在其交流極(AC1，AC2，AC3)中具有最大正電壓的開(kāi)關(guān)支路的所述第三可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S31，S32，S33)、所述第四可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S41，S42，S43)和所述第五可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S51，S52，S53)控制成在上述開(kāi)關(guān)支路在其交流極中具有最大正電壓時(shí)的整個(gè)時(shí)間段內(nèi)不導(dǎo)通；并且將所有開(kāi)關(guān)支路當(dāng)中的在其交流極(AC1，AC2，AC3)中具有最大正電壓的開(kāi)關(guān)支路的所述第一可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(Sll，S12，S13)和所述第二可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S21，S22，S23)控制成在上述開(kāi)關(guān)支路在其交流極中具有最大正電壓時(shí)的時(shí)間段的至少一部分內(nèi)導(dǎo)通；以及
[0022]將所有開(kāi)關(guān)支路當(dāng)中的在其交流極(AC1，AC2，AC3)中具有最負(fù)負(fù)電壓的開(kāi)關(guān)支路的所述第一可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(Sll，S12，S13)、所述第二可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S21，S22，S23)和所述第六可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S61，S62，S63)控制成在上述開(kāi)關(guān)支路在其交流極中具有最負(fù)負(fù)電壓時(shí)的整個(gè)時(shí)間段內(nèi)不導(dǎo)通，并且將所有開(kāi)關(guān)支路當(dāng)中的在其交流極(AC1，AC2，AC3)中具有最負(fù)負(fù)電壓的開(kāi)關(guān)支路的所述第三可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S31，S32，S33)和所述第四可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S41，S42，S43)控制成在上述開(kāi)關(guān)支路在其交流極中具有最負(fù)負(fù)電壓時(shí)的時(shí)間段的至少一部分內(nèi)導(dǎo)通。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于控制包括三條開(kāi)關(guān)支路的三電平變換器的方法，每條開(kāi)關(guān)支路包括:
[0024]-第一可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(Sll，S12，S13)和第二可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S21，S22，S23)，所述第一可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(sil，S12，S13)和所述第二可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S21，S22，S23)串聯(lián)連接在所述變換器的正直流極(Udc+)與所述開(kāi)關(guān)支路的交流極(AC1，AC2，AC3)之間，其中，所述第一可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)連接至所述變換器的所述正直流極；
[0025]-第一二極管(Dll，D12，D13)和第二二極管(D21，D22，D23)，所述第一二極管(D11，D12，D13)與所述第一可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接，所述第二二極管(D21，D22，D23)與所述第二可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接；
[0026]-第三可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S31，S32，S33)和第四可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S41，S42，S43)，所述第三可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S31，S32，S33)和所述第四可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S41，S42，S43)串聯(lián)連接在所述變換器的負(fù)直流極(Udc-)與所述開(kāi)關(guān)支路的所述交流極(AC1，AC2，AC3)之間，其中，所述第四可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)連接至所述變換器的所述負(fù)直流極；
[0027]-第三二極管(D31，D32，D33)和第四二極管(D41，D42，D43)，所述第三二極管(D31，D32，D33)與所述第三可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接，所述第四二極管(D41，D42，D43)與所述第四可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接；
[0028]-第五可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S51，S52，S53)，所述第五可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S51，S52，S53)連接在所述變換器的中性直流極(NP)與所述第一可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和所述第二可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)之間的連接點(diǎn)之間；
[0029]第六可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S61，S62，S63)