BR102014000999A2

BR102014000999A2 - Conversor, método para acionar um conversor, método para usar um dispositivo de conversão de energia para realizar conversão de energia entre uma rede público e um motor elétrico trifásico, unidade de acionamento para acionar um conversor,dispositivo de conversão de energia acoplado entre uma rede pública de energia e um motor elétrico trifásico, sistema eólico e solar de geração de energia e sistema de alimentação ininterrupta

Info

Publication number: BR102014000999A2
Application number: BR102014000999-0A
Authority: BR
Inventors: Yi Zhu; Fan Zhang; Jie Shen; Richard S Zhang; Samir Soua; Stefan Schroeder
Original assignee: Ge Energy Power Conversion Technology Ltd
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2014-12-30
Also published as: EP2757678A2; CN103929045A; CA2838862A1; BR102014000999B1; EP2757678B1; CN103929045B; CA2838862C; EP2757678A3; US20140198548A1

Abstract

CONVERSOR, MÉTODO PARA ACIONAR UM CONVERSOR, MÉTODO PARA USAR UM DISPOSITIVO DE CONVERSÃO DE ENERGIA PARA REALIZAR CONVERSÃO DE ENERGIA ENTRE UMA REDE PÚBLICA E UM MOTOR ELÉTRICO TRIFÁSICO, UNIDADE DE ACIONAMENTO PARA ACIONAR UM CONVERSOR, DISPOSITIVO DE CONVERSÃO DE ENERGIA ACOPLADO ENTRE UMA REDE PÚBLICA DE ENERGIA E UM MOTOR ELÉTRICO TRIFÁSICO, SISTEMA EÓLICO E SOLAR DE GERAÇÃO DE ENERGIA E SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO ININTERRUPTA. Trata-se de um conversor que inclui um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplado ao primeiro módulo conversor de uma maneira aninhada. Cada um de primeiro módulo conversor e segundo módulo conversor inclui uma pluralidade de unidade de comutador. Quando o conversor é operado para realizar conversão de energia, pelo menos duas da pluralidade de unidades de comutador são configuradas para serem comutadas tanto em um padrão complementar como em um padrão não complementar

Description

“CONVERSOR, MÉTODO PARA ACIONAR UM CONVERSOR, MÉTODO PARA USAR UM DISPOSITIVO DE CONVERSÃO DE ENERGIA PARA REALIZAR CONVERSÃO DE ENERGIA ENTRE UMA REDE PÚBLICA E UM MOTOR ELÉTRICO TRIFÁSICO, UNIDADE DE ACIONAMENTO PARA ACIONAR UM CONVERSOR, DISPOSITIVO DE CONVERSÃO DE ENERGIA ACOPLADO ENTRE UMA REDE PÚBLICA DE ENERGIA E UM MOTOR ELÉTRICO TRIFÁSICO, SISTEMA EÓLICO E SOLAR DE GERAÇÃO DE ENERGIA E SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO ININTERRUPTA” Antecedentes Modalidades da revelação se referem geralmente a sistemas e métodos para conversão de energia.

Pelo menos alguns conversores conhecidos têm sido usados como dispositivos de conversão de energia para converter energia de uma forma para outra. Em particular, conversores multinível são cada vez mais usados para realizar conversão de energia em uma ampla gama de aplicações devido às vantagens de forma de onda de energia de alta qualidade e capacidade de alta tensão. Por exemplo, conversores multinível ou inversores multinível estão sendo usados em áreas industriais, incluindo, mas não limitadas a, petroquímica, indústria de produção de papel, mineração, usinas de energia, e instalações de tratamento de água, para fornecer energia elétrica (por exemplo, energia elétrica de CA) para acionar uma ou mais cargas tal como motor elétrico de CA.

Em geral, os conversores são construídos para ter uma topologia particular, tal como topologia NPC de três níveis, topologia em cascata de ponte H bifásica, e assim por diante. Entretanto, estas topologias usadas nos conversores ainda não podem fornecer formas de onda de entrada / saída ideais. Portanto, é desejável fornecer sistemas e métodos com topologia nova ou melhorada para endereçar uma ou mais das limitações citadas acima dos sistemas e métodos correntes.

Breve Descrição De acordo com um aspecto da presente revelação, é fornecido um conversor. O conversor inclui um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplado ao primeiro conversor de uma maneira aninhada. Cada um de primeiro módulo conversor e segundo módulo conversor inclui uma pluralidade de unidades de comutador. Quando o conversor é operado para realizar conversão de energia, pelo menos duas da pluralidade de unidades de comutador são configuradas para serem comutadas tanto em um padrão complementar como em um padrão não complementar.

De acordo com outro aspecto da presente revelação, é fornecido um conversor. O conversor inclui um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplado ao primeiro conversor de uma maneira aninhada. Cada um de primeiro módulo conversor e segundo módulo conversor inclui uma pluralidade de unidades de comutador. Pelo menos uma das unidades de comutador compreende pelo menos dois dispositivos comutadores conectados em série.

De acordo com outro aspecto da presente revelação, é fornecido um método para acionar um conversor. O conversor inclui pelo menos um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplados para formar uma topologia de ponto neutro controlado aninhado. O primeiro ou segundo módulo conversor inclui pelo menos uma primeira unidade de comutador e uma segunda unidade de comutador. O método inclui fornecer um primeiro sinal de acionamento principal para acionar a primeira unidade de comutador; e fornecer um segundo sinal de acionamento principal para acionar a segunda unidade de comutador para permitir que a primeira e segunda unidades de comutador sejam comutadas tanto em um padrão complementar como em um padrão não complementar.

De acordo com outro aspecto da presente revelação, é fornecido um método para acionar um conversor. O conversor inclui pelo menos um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplados para formar uma topologia de ponto neutro controlado aninhado. Cada um de primeiro e segundo módulos conversores inclui uma pluralidade de unidades de comutador, e pelo menos uma da pluralidade de unidades de comutador inclui pelo menos um primeiro dispositivo comutador e um segundo dispositivo comutador acoplados em série. O método inclui: separar um sinal de acionamento principal em um primeiro sinal de acionamento ótico e um segundo sinal de acionamento ótico; converter o primeiro sinal de acionamento ótico em um primeiro sinal de acionamento elétrico; converter o segundo sinal de acionamento ótico em um segundo sinal de acionamento elétrico; fornecer o primeiro sinal de acionamento elétrico para o primeiro dispositivo comutador; e fornecer o segundo sinal de acionamento elétrico para o segundo dispositivo comutador.

De acordo com outro aspecto da presente revelação, é fornecido um método para usar um dispositivo de conversão de energia para realizar conversão de energia entre uma rede pública e um motor elétrico trifásico. O dispositivo de conversão de energia inclui um conversor CA-CC e um conversor CC-CA. Pelo menos um de conversor CA-CC e conversor CC-CA inclui um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplados para formar uma topologia de ponto neutro controlado aninhado. O primeiro ou segundo módulos conversores incluem pelo menos uma primeira unidade de comutador e uma segunda unidade de comutador que são dispostas para serem comutadas tanto em um padrão complementar como em um padrão não complementar. O método inclui converter primeira tensão trifásica de CA recebida da rede pública em tensão de CC usando o conversor CA-CC; converter a tensão de CC em uma segunda tensão trifásica de CA usando o conversor CC-CA; e fornecer a segunda tensão trifásica de CA para o motor elétrico trifásico.

De acordo com outro aspecto da presente revelação, é fornecida uma unidade de acionamento para acionar um conversor. O conversor inclui pelo menos um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplados para formar uma topologia de pontò neutro controlado aninhado. Cada um de primeiro e segundo módulos conversores inclui uma pluralidade de unidades de comutador, e pelo menos uma da pluralidade de unidades de comutador inclui pelo menos um primeiro dispositivo comutador e um segundo dispositivo comutador acoplados em série. A unidade de acionamento inclui um circuito principal de separação configurado para separar um sinal de acionamento principal em pelo menos um primeiro sinal de acionamento ótico e um segundo sinal de acionamento ótico; um primeiro circuito de acionamento acoplado ao circuito principal de separação, o primeiro circuito de acionamento configurado para converter o primeiro sinal de acionamento ótico para um primeiro sinal de acionamento elétrico, e fornecer o primeiro sinal de acionamento elétrico para o primeiro dispositivo comutador para permitir que o primeiro dispositivo comutador seja ligado ou desligado adequadamente; e um segundo circuito de acionamento acoplado ao circuito principal de separação, o segundo circuito de acionamento configurado para converter o segundo sinal de acionamento ótico para um segundo sinal de acionamento elétrico, e fornecer o segundo sinal de acionamento elétrico para o segundo dispositivo comutador para permitir que o segundo dispositivo comutador seja ligado ou desligado sincronamente com respeito ao primeiro dispositivo comutador adequadamente.

De acordo com outro aspecto da presente revelação, é fornecido um dispositivo de conversão de energia. O dispositivo de conversão de energia é acoplado entre uma rede pública de energia e um motor elétrico trifásico. O dispositivo de conversão de energia inclui um conversor CA-CC configurado para receber primeira tensão de CA fornecida a partir da rede pública de energia e converter a primeira tensão de CA para tensão de CC; e um conversor CC-CA acoplado ao conversor CA-CC, o conversor CC-CA configurado para receber a tensão de CC, converter a tensão de CC em uma segunda tensão de CA, e fornecer a segunda tensão de CA para o motor elétrico trifásico. Pelo menos um de conversor CA-CC e conversor CC-CA compreende pelo menos um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplados pra formar uma topologia de ponto neutro controlado aninhado, cada um de primeiro e segundo módulos conversores compreende uma pluralidade de unidades de comutador. Quando o dispositivo de conversão de energia é configurado para realizar conversão de energia, pelo menos duas das unidades de comutador são operadas para ter estado de comutação oposto e mesmo estado de comutação em um ciclo de controle de comutação.

De acordo com outro aspecto da presente revelação, é fornecido um sistema eólico de geração de energia. O sistema eólico de geração de energia inclui um primeiro conversor configurado para converter uma primeira energia elétrica de CA para energia elétrica de CC; e um segundo conversor acoplado ao primeiro conversor, o segundo conversor configurado para converter a energia elétrica de CC para uma segunda energia elétrica de CA. Pelo menos um de primeiro e segundo conversores inclui pelo menos um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplados para formar uma topologia de ponto neutro controlado aninhado, e cada um de primeiro e segundo módulos conversores compreende uma pluralidade de unidades de comutação.

De acordo com outro aspecto da presente revelação, é fornecido um sistema solar de geração de energia. O sistema solar de geração de energia inclui um primeiro conversor configurado para converter uma primeira energia elétrica de CC para segunda energia elétrica de CC; e um segundo conversor acoplado ao primeiro conversor, o segundo conversor configurado para converter a segunda energia elétrica de CC para uma energia elétrica de CA. Pelo menos um de primeiro e segundo conversores compreende pelo menos um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplados para formar uma topologia de ponto neutro controlado aninhado, e cada um de primeiro e segundo módulos conversores compreende uma pluralidade de unidades de comutação.

De acordo com outro aspecto da presente revelação, é fornecido um sistema de alimentação ininterrupta. O sistema de alimentação ininterrupta inclui um primeiro conversor configurado para converter uma primeira energia elétrica de CA para energia elétrica de CC; um dispositivo de armazenamento de energia acoplado ao primeiro conversor, o conversor de armazenamento de energia configurado para armazenar a energia elétrica de CC fornecida a partir do primeiro conversor; e um segundo conversor acoplado ao primeiro conversor e ao dispositivo de armazenamento de energia, o segundo conversor configurado para converter energia elétrica de CC fornecida a partir do dispositivo de armazenamento de energia ou a partir do primeiro conversor para uma segunda energia elétrica de CA. Pelo menos um de primeiro e segundo conversores compreende pelo menos um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplados para formar uma topologia de ponto neutro controlado aninhado, e cada um de primeiro e segundo módulos conversores compreende uma pluralidade de unidades de comutação.

Figuras Estas e outras características, aspectos, e vantagens da presente revelação serão melhor entendidas quando a descrição detalhada a seguir com referência aos desenhos em anexo nos quais caracteres semelhantes representam partes semelhantes em todos os desenhos, em que: A FIGURA 1 ilustra um diagrama de blocos de um sistema de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação; A FIGURA 2 ilustra um diagrama detalhado de um conversor do sistema mostrado na FIGURA 1 de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação; A FIGURA 3 ilustra um diagrama esquemático de uma perna monofásica do conversor mostrado na FIGURA 2 de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação; A FIGURA 4 ilustra formas de onda de sinais de comutação fornecidos para as oito unidades de comutador na primeira perna de fase mostrada na FIGURA 3 e formas de onda de tensão e corrente correspondentes de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação; A FIGURA 5 ilustra uma forma de onda de tensão de saída do conversor mostrado na FIGURA 2 de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação; A FIGURA 6 ilustra um diagrama esquemático de um primeiro tipo de unidade de comutador usada no conversor mostrado na FIGURA 2 de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação; A FIGURA 7 ilustra um diagrama esquemático de um primeiro tipo de unidade de comutador usada no conversor mostrado na FIGURA 2 de acordo com outra modalidade exemplificativa da presente revelação; A FIGURA 8 ilustra um diagrama esquemático de um segundo tipo de unidade de comutador usada no conversor mostrado na FIGURA 2 de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação; A FIGURA 9 ilustra um diagrama esquemático de um segundo tipo de unidade de comutador usada no conversor mostrado na FIGURA 2 de acordo com outro modalidade exemplificativa da presente revelação; A FIGURA 10 ilustra um diagrama esquemático de uma perna de fase de um conversor de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação; A FIGURA 11 ilustra pelo menos parte de uma unidade de acionamento de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação; A FIGURA 12 ilustra um diagrama de blocos de pelo menos parte de uma unidade de acionamento de acordo com outra modalidade exemplificativa da presente revelação; A FIGURA 13 é um fluxograma que esboça uma implementação de um método para acionar um conversor de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação; A FIGURA 14 ilustra um fluxograma de um método para acionar um conversor de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação; e A FIGURA 15 ilustra um método de conversão de energia de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação.

Descrição Detalhada Em um esforço para fornecer uma descrição concisa de estas modalidades, nem todas as características de uma implementação real são descritas na uma ou mais modalidades específicas. Deve ser avaliado que no desenvolvimento de qualquer implementação real, como em qualquer projeto de engenharia, várias decisões de implementação específica têm que ser tomadas para alcançar metas específicas dos desenvolvedores, tais como conformidade com restrições relacionadas ao sistema ou relacionadas ao negócio, as quais podem variar de uma implementação para outra. Além disso, deve ser avaliado que este esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas, no entanto deve ser um empreendimento rotineiro de projeto, fabricação, e manufatura para os indivíduos com conhecimento comum contando com o benefício de esta revelação. A menos que definido em contrário, os termos técnicos e científicos usados neste documento têm o mesmo significado que é comumehte entendido por um indivíduo de conhecimento comum na técnica à qual esta revelação pertence. Os termos “primeiro”, “segundo”, e semelhantes, quando usados neste documento do não denotam qualquer ordem, quantidade, ou importância, mas em vez disso são usados para distinguir um elemento de outro. Também, os termos “um” e “uma” não denotam uma limitação de quantidade, mas em vez disso denotam a presença de pelo menos um dos itens referenciados. O termo “ou” é destinado a ser inclusivo e significar qualquer um de qualquer, diversos, ou todos os itens listados. O uso de “que inclui”, “que compreende”, ou “que tem” e variações dos mesmos neste documento é destinado a abranger os itens listados após os mesmos e equivalentes dos mesmos bem como itens adicionais. Os termos “conectado” e “acoplado” não são restritos a conexões ou acoplamentos físicos ou mecânicos, e podem incluir conexões ou acoplamentos elétricos, seja direta ou indiretamente. Os termos “circuito”, “circuitos”, e “controlador” podem incluir qualquer de um componente único ou uma pluralidade de componentes, que são ou componentes ativos e / ou passivos e podem opcionalmente ser conectados ou de outra forma acoplados para fornecer a função descrita.

As modalidades reveladas neste documento se referem geralmente a conversores que podem ser configurados para realizar conversão de energia para converter uma forma de energia elétrica (por exemplo, energia elétrica de CC ou CA) para outra forma de energia elétrica (energia elétrica de DC ou CA) de uma maneira unidirecional ou bidirecional. Em particular, em algumas modalidades, os inventores da presente revelação trabalharam juntos para propor uma nova topologia de conversor ou uma topologia melhorada de ponto neutro controlado (NPP) aninhado para uso em conversores. As vantagens ou benefícios técnicos de utilizar esta topologia NPP aninhada nova ou melhorada é que o conversor pode ser operado para fornecer melhores formas de onda de saída, deste modo ondulações de tensão de saída podem ser significativamente suprimidas, o volume ou peso do filtro pode ser reduzido, bem como a capacidade de potência do conversor pode ser melhorada. Como usado neste documento, “NPP aninhado” se refere a uma disposição em que pelo menos dois módulos conversores que tem estruturas iguais ou diferentes podem ser acoplados ou cascateados juntos em uma maneira interno para externo ou externo para interno (também pode ser visto como esquerdo para direito ou direito para esquerdo) em conexão com o uso de capacitores flutuantes, para alcançar níveis de saída mais altos. Em um exemplo, um conversor de cinco níveis pode ser construído aninhando um módulo conversor de três níveis com outro módulo conversor de três níveis. Em outro exemplo, um conversor de sete níveis pode ser construído aninhando um módulo conversor de três níveis com um módulo conversor de cinco níveis. Também, o conversor de sete níveis pode ser construído aninhando três módulos conversores de três níveis um por um. É evidente que conversores capazes de fornecer níveis de saída mais altos podem ser construídos aninhando mais módulos conversores juntos.

Em algumas modalidades, com base na topologia NPP aninhada nova ou melhorada proposta, o módulo conversor usado para aninhar pode ser disposto para ter uma pluralidade de unidades de comutador. Por exemplo, um módulo conversor de três níveis pode ser construído para ter pelo menos uma unidade de comutador em um primeiro braço longitudinal, pelo menos uma unidade de comutador em um segundo braço longitudinal, e pelo menos duas unidades de comutador em um braço transversal. Em algumas modalidades, pelo menos duas da pluralidade de unidades de comutador podem ser ligadas e / ou desligadas tanto em um padrão complementar como em um padrão não complementar. Como usado neste documento, “padrão complementar” se refere a uma unidade de comutador estar ligada e outra unidade de comutador estar desligada e vice versa. Como usado neste documento, “padrão não complementar” se refere a duas unidades de comutador sendo operadas para ter os mesmos estados de comutação, tal como ambas ligadas e desligadas.

Em algumas modalidades, com base na topologia NPP aninhada nova ou melhorada proposta, em um ou mais ciclos de controle de comutação, estados de comutação redundantes dos sinais de comutação fornecidos para a pluralidade de unidades de comutador podem ser usados seletivamente para balancear as tensões de capacitores flutuantes dispostos no conversor.

Em algumas modalidades, com base na topologia NPP aninhada nova ou melhorada proposta, durante pelo menos uma parte de um ciclo de controle de comutação, pelo menos um sinal de comutação fornecido para a pluralidade de unidades de comutador pode ser bloqueado ou mascarado para reduzir a quantidade de comutações das unidades de comutador, para assim reduzir a perda de energia.

Em algumas modalidades, com base na topologia NPP aninhada nova ou melhorada proposta, pelo menos algumas das unidades de comutador dispostas no módulo conversor podem ser configuradas para ter uma estrutura formada por múltiplos dispositivos comutadòres conectados em série. Em algumas modalidades, os múltiplos dispositivos comutadores conectados em série podem utilizar dispositivos comutadores classificados de baixa tensão, e a quantidade específica dos dispositivos comutadores podem ser determinados baseados pelo menos em parte em parâmetros de operação associados do conversor, tais como as tensões da conexão de CC e as tensões nominais dos dispositivos comutadores.

Ainda em algumas modalidades, para garantir a comutação síncrona dos múltiplos dispositivos comutadores conectados em série, múltiplos circuitos de acionamento são fornecidos para fornecer sinais de comutação para os múltiplos dispositivos comutadores. Adicionalmente, em algumas modalidades, cada dispositivo comutador é disposto com um circuito amortecedor para garantir que os múltiplos dispositivos comutadores possam compartilhar substancialmente a mesma tensão durante o processo em que os dispositivos comutadores são ligados e / ou desligados.

Fica evidente para os indivíduos versados na técnica que a topologia NPP aninhada nova ou melhorada como proposta neste documento pode ser implementada especificamente como um conversor CA-CC (também pode ser referenciado como retificador) para converter tensão de corrente alternada monofásica, trifásica, ou de múltiplas fases em tensão de CC. Além disso, a topologia NPP aninhada nova ou melhorada como proposta neste documento pode ser implementada especificamente como um conversor CC-CA (também pode ser referenciado como inversor) para converter tensão de CC em tensão de corrente alternada monofásica, trifásica, ou de múltiplas fases, de modo que uma ou mais cargas particulares tal como motor elétrico de CA trifásica pode ser acionado para trabalhar. A FIGURA 1 ilustra um diagrama de blocos de um sistema 100 de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação. O sistema 100 pode ser qualquer sistema baseado em conversor apropriado que seja capaz de ser configurado para implementar a topologia NPP aninhada nova ou melhorada como revelada neste documento. Em algumas modalidades, o sistema 100 pode ser um sistema multinível baseado em conversor adequado para aplicações de alta potência e alta tensão. Por exemplo, o sistema 100 pode ser utilizado nas seguintes áreas, incluindo mas não limitadas a, petroquímica, indústria de produção de papel, mineração, usinas de energia, e instalações de tratamento de água, para acionar uma ou mais cargas particulares, tal como bomba, ventilador, e dispositivo de transporte.

Como ilustrado na FIGURA 1, o sistema 100 inclui geralmente um dispositivo de conversão de energia 120 e um dispositivo de controle 140 acoplado em comunicação com o dispositivo de conversão de energia 120. Em uma modalidade, o dispositivo de controle 140 é disposto para ficar em comunicação elétrica com o dispositivo de conversão de energia 120 e pode transmitir sinais de controle 106 para o dispositivo de conversão de energia 120 através de um ou mais enlaces ou fios elétricos, por exemplo. Em outra modalidade, o dispositivo de controle 140 pode ficar em comunicação ótica com o dispositivo de conversão de energia 120 e pode transmitir os sinais de controle 106 para o dispositivo de conversão de energia 120 através de um enlace de comunicação ótica, tal como uma ou mais fibras óticas, por exemplo. O dispositivo de controle 140 pode incluir quaisquer adequado circuitos ou dispositivos programáveis tais como um processador de sinal digital (DSP), um conjunto de portas programáveis no campo (FPGA), um controlador lógico programável (PLC), e um circuito integrado de aplicação específica (ASIC). O dispositivo de conversão de energia 120 pode ser operado para realizar conversão de energia unidirecional ou bidirecional entre um primeiro dispositivo de energia 110 e um segundo dispositivo de energia 130 em resposta aos sinais de controle 106 transmitidos a partir do dispositivo de controle 140.

Em uma modalidade, como mostrada na FIGURA 1, o dispositivo de conversão de energia 120 pode incluir um primeiro conversor 122, um enlace de CC 124, e um segundo conversor 126. Em uma modalidade, o primeiro conversor 122 pode ser um conversor CA-CC que é configurado para converter primeira energia elétrica 102 (por exemplo, primeira energia elétrica de CA) fornecida a partir do primeiro dispositivo de energia 110 (por exemplo, rede pública de energia) em energia elétrica de CC 123 (por exemplo, tensão de CC). Em algumas modalidades específicas, o primeiro conversor 122 pode ser construído para ter uma estrutura de ponte retificadora formada por múltiplos diodos para converter energia elétrica de CA para energia elétrica de CC. Alternativamente, o primeiro conversor 122 pode empregar a topologia NPP aninhada que será descrita em detalhe abaixo com referência à FIGURA 2. Em uma modalidade, o enlace de CC 124 pode incluir múltiplos capacitores configurados para filtrar a primeira tensão de CC 123 fornecida a partir do primeiro conversor 122, e fornecer segunda tensão de CC 125 para o segundo conversor 126. Em uma modalidade, o segundo conversor 126 pode ser um conversor CC-CA que é configurado para converter a segunda tensão de CC 125 em uma segunda tensão de CA 104, e fornecer a segunda tensão de CA 104 para o segundo dispositivo de energia 130 (por exemplo, motor elétrico de CA). Em uma modalidade, o segundo conversor 126 pode ser construído com dispositivos comutadores controlados dispostos para ter a topologia NPP aninhada que será descrita em detalhe abaixo com referência à FIGURA 2. Embora não ilustrado na FIGURA 1, em algumas modalidades, o sistema 100 pode incluir um ou mais outro dispositivos e componentes. Por exemplo, um ou mais filtros e / ou disjuntores podem ser instalados entre o primeiro dispositivo de energia 110 e o dispositivo de conversão de energia 120. Também, um ou mais filtros e / ou disjuntores podem ser instalados entre o dispositivo de conversão de energia 120 e o segundo dispositivo de energia 130.

Em outras modalidades, o sistema 100 construído com a topologia NPP aninhada nova ou melhorada revelada neste documento também pode ser usado em sistemas geradores e energia, incluindo mas não limitados a, sistemas eólicos de geração de energia, sistemas solares / fotovoltaicos de geração de energia, sistemas hidráulicos de geração de energia, e cominações dos mesmos. Em uma modalidade, o primeiro dispositivo de energia 110 pode incluir uma ou mais turbinas de vento que são configuradas para fornecer energia elétrica de frequência variável. O primeiro conversor 122 pode ser um conversor CA-CC e o segundo conversor 126 pode ser um conversor CC-CA, de modo que a energia elétrica de frequência variável 102 pode ser convertida em uma energia elétrica de frequência fixa 104, por exemplo, energia de CA de 50 Hertz ou 60 Hertz. A energia elétrica de frequência fixa 104 pode ser fornecida para o segundo dispositivo de energia 130 tal como uma rede pública de energia para transmissão e / ou distribuição. Em algumas modalidades, o segundo dispositivo de energia 130 pode incluir uma carga tal como um motor elétrico usado em um veículo, um ventilador, ou uma bomba, que pode ser acionado pela segunda energia elétrica 104. Em algumas modalidades, quando o sistema 100 é implementado como um sistema solar de geração de energia, o primeiro conversor 122 pode ser um conversor CC-CC para realizar conversão de energia elétrica de CC. Em algumas ocasiões, o primeiro conversor 122 pode ser omitido, de modo que o segundo conversor ou conversor CC-CA 126 é responsável por converter a energia elétrica de CC fornecida a partir do primeiro dispositivo de energia 110 (por exemplo, um ou mais painéis solares) em energia elétrica de CA.

Em algumas outras modalidades, o sistema 100 também pode ser usado em áreas onde é desejável usar sistema de energia ininterruptos (UPS) para manter fornecimento contínuo de energia. Nestas aplicações, o dispositivo de conversão de energia 120 do sistema 100 também pode ser configurado para ter a topologia NPP aninhada nova ou melhorada. Em uma modalidade, o primeiro conversor 122 pode ser um conversor CA-CC que é configurado para converter a primeira energia elétrica de CA fornecida a partir do primeiro dispositivo de energia 110 (por exemplo, rede pública de energia) em energia elétrica de CC. O sistema 100 também pode incluir um dispositivo de armazenamento de energia 127 que é configurado para receber e armazenar a energia elétrica de CC fornecida a partir do primeiro conversor 122. Em uma modalidade, o segundo conversor 126 pode ser um conversor CC-CA que é configurado para converter a energia elétrica de CC fornecida a partir do primeiro conversor 122 ou energia elétrica de CC obtida a partir do dispositivo de armazenamento de energia 127 em segunda energia elétrica de CA, e fornecer a segunda energia elétrica para o segundo dispositivo de energia 130 (por exemplo, uma carga).

Passando agora para A FIGURA 2, que ilustra um diagrama de topologia detalhado de um conversor 200 de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação. Em uma modalidade, o conversor 200 pode ser usado como o segundo conversor 126, ou mais particularmente, um conversor CC-CA. Em uma modalidade, o conversor 200 inclui uma primeira porta 202 e uma segunda porta 204, ambas as quais são configuradas para receber tensão de CC tal como a tensão de CC 123 (ver FIGURA 1) fornecida a partir do primeiro conversor 122. A primeira porta 202 é acoplada eletricamente uma primeira linha de CC 206, e a segunda porta 204 é acoplada eletricamente a uma segunda linha de CC 208. Um enlace de CC 210 também é acoplado eletricamente entre a primeira porta 202 e a segunda porta 204 para realizar operações de filtragem com respeito à tensão de CC recebida e manter tensão substancialmente constante para dispositivos comutadores subsequentes acoplados a mesma. Em uma modalidade, o enlace de CC 210 inclui um primeiro capacitor 212 e um segundo capacitor 214 acoplados em série entre a primeira linha de CC 206 e a segunda linha de CC 208. Um ponto médio de CC 216 é definido entre o primeiro capacitor 212 e o segundo capacitor 214. Em outras modalidades, o enlace de CC 210 pode incluir mais do que dois capacitores, e pelo menos parte dos capacitores podem ser acoplados em série ou em paralelo.

Continuando com referência à FIGURA 2, o conversor 200 compreende uma primeira perna de fase 220, uma segunda perna de fase 250, e uma terceira perna de fase 280. Cada uma das três pernas de fase 220, 250, 280 é acoplada eletricamente entre a primeira linha de CC 206 e a segunda linha de CC 208 para receber tensão de CC fornecida a partir do enlace de CC 210 e fornecer tensão de saída em sua porta de saída correspondente. Mais especificamente, em uma modalidade, a primeira perna de fase 220 fornece uma primeira fase de tensão de CA através da primeira porta de saída 235, a segunda perna de fase 250 fornece uma segunda fase de tensão de CA através da segunda porta de saída 265, e a terceira perna de fase 280 fornece uma terceira fase de tensão de CA através da terceira porta de saída 295. A primeira fase de tensão de CA, a segunda fase de tensão de CA, e a terceira fase de tensão de CA são deslocadas uma da outra por 120 graus. Deve ser entendido que, quando o conversor 200 é implementado como um conversor CA-CC, as três portas de saída 235, 265, 295 podem ser configuradas para receber tensões de CA de entrada. Portanto, as três portas de saída 235, 265, 295 podem ser referenciadas geralmente como portas de CA. De forma similar, a primeira porta 202 e a segunda porta 204 também podem ser configuradas para tensão de CC de saída, neste caso as duas portas 202, 204 podem ser referenciadas geralmente como portas de CC.

Com referência à FIGURA 2 e à FIGURA 3 juntas, em uma modalidade, a primeira perna de fase 220 inclui pelo menos dois módulos conversores que são construídos para ter a mesma estrutura. Os dois módulos conversores são acoplados de uma maneira aninhada para alcançar uma perna de fase de nível mais alto. Mais especificamente, a primeira perna de fase 220 inclui um primeiro módulo conversor 222 e um segundo módulo conversor 224 acoplados de uma maneira aninhada. Em uma modalidade, o primeiro módulo conversor 222 pode ser configurado para fornecer uma tensão de saída que tem 2n1+1 níveis, e o segundo módulo conversor 224 pode ser configurado para fornecer uma tensão de saída que tem 2n2+1 níveis, onde n1 e n2 são ambos iguais ou maiores do que um, e n1 é igual a n2. Em outra modalidade, n1 pode ser disposta para ser diferente de n2. Na modalidade ilustrada, o primeiro módulo conversor 222 e o segundo módulo conversor 224 são dispostos para fornecer cinco níveis de tensão de saída. Em particular, cada um de primeiro e segundo módulos conversores 222, 224 é configurado para ter seis terminais de conexão para o propósito de conectar com terminais de conexão correspondentes de outros módulos conversores.

Mais especificamente, em uma modalidade, o primeiro módulo conversor 222 inclui um primeiro braço longitudinal 201, um segundo braço longitudinal 203, e um braço transversal 205. Deve ser observado que “longitudinal” e “transversal” usados neste documento são usados apenas para referência, e não são destinados a limitar o escopo da invenção a orientações específicas. O primeiro braço longitudinal 201 inclui uma primeira unidade de comutador 228 que tem uma extremidade formada como primeiro terminal de conexão do primeiro braço longitudinal 237 e outra extremidade formada como segundo terminal de conexão do primeiro braço longitudinal 218. O segundo braço longitudinal 203 inclui uma segunda unidade de comutador 232 disposta na mesma direção que a primeira unidade de comutador 228. A segunda unidade de comutador 232 tem uma extremidade formada como primeiro terminal de conexão do segundo braço longitudinal 241 e outra extremidade formada como segundo terminal de conexão do segundo braço longitudinal 229. O braço transversal 205 inclui uma terceira unidade de comutador 234 e uma quarta unidade de comutador 236 que são acopladas inversamente em série. A terceira unidade de comutador 234 tem uma extremidade formada como primeiro terminal de conexão de braço transversal 226, e a quarta unidade de comutador 236 tem uma extremidade formada como segundo terminal de conexão de braço transversal 239. Em uma modalidade, o segundo terminal de conexão de braço transversal 239 é conectado eletricamente a um ponto médio de capacitor flutuante 223 definido entre um primeiro capacitor flutuante 225 e um segundo capacitor flutuante 227. Adicionalmente, duas extremidades do primeiro capacitor flutuante 225 são conectadas eletricamente aos dois terminais de conexão 237, 239 respectivamente, e duas extremidades do segundo capacitor flutuante 227 são conectadas eletricamente aos dois terminais de conexão 241,239 respectivamente.

De forma similar, o segundo módulo conversor 224 inclui um primeiro braço longitudinal 207, um segundo braço longitudinal 209, e um braço transversal 271. O primeiro braço longitudinal 207 inclui uma quinta unidade de comutador 238 que tem uma extremidade formada como primeiro terminal de conexão do primeiro braço longitudinal 217 e outra extremidade formada como segundo terminal de conexão do primeiro braço longitudinal 211. O segundo braço longitudinal 209 inclui uma sexta unidade de comutador 242 disposta na mesma direção que a quinta unidade de comutador 238. A sexta unidade de comutador 242 tem uma extremidade formada como primeiro terminal de conexão do segundo braço longitudinal 221 e outra extremidade formada como segundo terminal de conexão do segundo braço longitudinal 215. O braço transversal 271 inclui uma sétima unidade de comutador 244 e uma oitava unidade de comutador 246 que são acopladas inversamente em série. A sétima unidade de comutador 244 tem uma extremidade formada como primeiro terminal de conexão de braço transversal 219, e a oitava unidade de comutador 246 tem uma extremidade formada como segundo terminal de conexão de braço transversal 213. Em uma modalidade, o segundo terminal de conexão de braço transversal 216 é conectado eletricamente a um ponto médio de enlace de CC 236 definido entre o primeiro capacitor 212 e o segundo capacitor 214 do enlace de CC 210. Adicionalmente, duas extremidades do primeiro capacitor 212 são conectadas eletricamente aos dois terminais de conexão 211, 213 respectivamente, e duas extremidades do segundo capacitor 214 são conectadas eletricamente aos dois terminais de conexão 213, 215 respectivamente.

Na modalidade ilustrada, pode ser visto que uma estrutura NPP aninhada é formada conectando eletricamente os dois terminais de conexão 217, 237, conectando eletricamente os dois terminais de conexão 219, 239, e conectando eletricamente os dois terminais de conexão 241, 221. Pode ser entendido que, em outras modalidades, pode ser feita conexão similar para formar conversor de nível mais alto conectando três ou mais do que três módulos conversores de seis terminais. Na modalidade ilustrada, uma vez que o primeiro conversor 222 é disposto como um bloco mais interno, os três terminais de conexão 218, 226, 229 do primeiro conversor 222 são comumente conectados com a porta de CA 235 para receber ou fornecer tensão de CA. Adicionalmente, uma vez que o segundo conversor 224 é disposto como um bloco mais externo, o segundo terminal de conexão do primeiro braço longitudinal 211 é conectado eletricamente à primeira porta de CC 202 através da primeira linha de CC 206, e o segundo terminal de conexão do segundo braço longitudinal 215 é conectado eletricamente à segunda porta de CC 204 através da segunda linha de CC 208, para assim receber ou fornecer tensão de CC.

Continuando com referência à FIGURA 2, a segunda perna de fase 250 é configurada com estrutura similar à primeira perna de fase 220. Por exemplo, a segunda perna de fase 250 também inclui um primeiro módulo conversor 252 e um segundo módulo conversor 254 que são acoplados de uma maneira aninhada. Cada um de primeiro e segundo módulos conversores 252, 254 tem seis terminais de conexão para conectar a terminais correspondentes de outro módulo conversor. O primeiro módulo conversor 252 inclui quatro unidades de comutador 258, 262, 264, 266, e o segundo módulo conversor 254 inclui quatro unidades de comutador 268, 272, 274, 276. As quatro unidades de comutador 258, 262, 264, 266 são conectadas em série para formar um braço longitudinal, e outras quatro unidades de comutador 268, 272, 274, 276 são conectadas em série para formar um braço transversal. Duas extremidades do braço longitudinal são conectadas eletricamente à primeira linha de CC 206 e a segunda linha de CC 208 respectivamente. Uma extremidade do braço transversal é conectada eletricamente ao ponto médio de CC 216, e a outra extremidade do braço transversal é conectada eletricamente a um conexão conjunta 263 definida entre as duas unidades de comutador 258, 262. Adicionalmente, a segunda perna de fase 250 inclui dois capacitores flutuantes 255, 257 conectados em série para formar um braço de capacitor flutuante. Os dois capacitores flutuantes 255, 257 definem um ponto médio de capacitor flutuante 253 que é conectado eletricamente a uma conexão conjunta definida entre as duas unidades de comutador 266, 274. Outra extremidade do primeiro capacitor flutuante 255 é conectada a uma conexão conjunta definida entre as duas unidades de comutador 268, 258, e outra extremidade do segundo capacitor flutuante 257 é conectada eletricamente a uma conexão conjunta definida entre as duas unidades de comutador 262, 272.

Continuando com referência à FIGURA 2, a terceira perna de fase 280 é configurada com estrutura similar a primeira perna de fase 220. Por exemplo, a terceira perna de fase 280 também inclui um primeiro módulo conversor 282 e um segundo módulo conversor 284 que são acoplados de uma maneira aninhada. Cada um de primeiro e segundo módulos conversores 282, 284 tem seis terminais de conexão para conectar aos terminais correspondentes de outro módulo conversor. O primeiro módulo conversor 282 inclui quatro unidades de comutador 288, 292, 294, 296, e o segundo módulo conversor 284 inclui quatro unidades de comutador 298, 302, 304, 306. As quatro unidades de comutador 288, 298, 292, 302 são conectadas em série para formar um braço longitudinal, e outras quatro unidades de comutador 294, 296, 304, 306 são conectadas em série para formar um braço transversal.

Duas extremidades do braço longitudinal são conectadas eletricamente à primeira linha de CC 206 e a segunda linha de CC 208 respectivamente. Uma extremidade do braço transversal é conectada eletricamente ao ponto médio de CC 216, e a outra extremidade do braço transversal é conectada eletricamente a uma conexão conjunta 293 definida entre as duas unidades de comutador 288, 292. Adicionalmente, a terceira perna de fase 280 inclui dois capacitores flutuantes 285, 287 conectados em série para formar um braço de capacitor flutuante. Os dois capacitores flutuantes 285, 287 definem um ponto médio de capacitor flutuante 283 que é conectado eletricamente a uma conexão conjunta definida entre as duas unidades de comutador 296, 304. Outra extremidade do primeiro capacitor flutuante 285 é conectada a uma conexão conjunta definida entre as duas unidades de comutador 298, 288, e outra extremidade do segundo capacitor flutuante 287 é conectada eletricamente a uma conexão conjunta definida entre as duas unidades de comutador 292, 302.

Em uma modalidade, cada da primeira perna de fase 220, a segunda perna de fase 250, e a terceira perna de fase 280 é configurada para fornecer tensão de saída de cinco níveis. Em particular, os estados de comutação das unidades de comutador na primeira perna 220 são mostrados abaixo na tabela 1.

Pode ser visto a partir da tabela-1, a primeira perna de fase 220 pode ser controlada para fornecer tensão de saída que tem cinco níveis diferentes de “2,” “1,” “0,” “-1,” “1” controlando seletivamente os estados de comutação das oito unidades de comutador na primeira perna de fase 220. Também pode ser visto quando o nível de tensão de saída é “2” ou “-2,” existe uma única combinação de estado de comutação para as oito unidades de comutador. O contrário, quando o nível de tensão de saída é “1” e “-1,” existem duas combinações de estado de comutação para as oito unidades de comutador. Quando o nível de tensão de saída é “0,” existem três combinações de estado de comutação para as oito unidades de comutador. Em algumas modalidades, a tensão do primeiro e segundo capacitores flutuantes 285, 287 pode ser balanceada usando seletivamente os estados de comutação das unidades de comutador. Além disso, como mostrado na tabela-1, as unidades de comutador da primeira perna de fase 220 são ligadas e / ou desligadas em um padrão complementar. Por exemplo, os estados de comutação da primeira unidade de comutador 228 e a segunda unidade de comutador 234 são comutadas em estados opostos. Igualmente, cada um dos pares de unidade de comutador 232, 234; 238, 244; e 242, 246 são comutados em estados opostos. A FIGURA 4 ilustra formas de onda de sinais de comutação fornecidos para as oito unidades de comutador na primeira perna de fase 220 e formas de onda de tensão e corrente correspondentes de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação. Como mostrado na FIGURA 4, as unidades de comutador da primeira perna de fase 220 podem ser configuradas adicionalmente para serem ligadas e / ou desligadas em um padrão não complementar. Por exemplo, quando o nível de tensão de saída é mudado de “1” para “2,” o sinal de comutação para a sétima unidade de comutador 244 (T2) se torna “0” lógico, enquanto o sinal de comutação para a quinta unidade de comutador 238 (T1) se torna “1” lógico após um pequeno atraso de tempo td (também conhecido como tempo de zona morta). É sabido que usualmente demora um tempo maior para desligar um dispositivo comutador do que ligar um dispositivo comutador. Portanto, o propósito de introduzir este pequeno atraso de tempo é para evitar uma C condição de curto circuito dos dois capacitores flutuantes quando ambas as unidades de comutador estão no estado ligado. Em outras palavras, durante este atraso de tempo td, tanto a sétima unidade de comutador 244 (T2) como a quinta unidade de comutador 238 (T1) são desligadas, ou seja, as duas unidades de comutador 244, 238 são controladas para operar em um padrão não complementar. Após o atraso de tempo td, a sétima unidade de comutador 244 (T2) permanece desligada e a quinta unidade de comutador 238 (T1) é ligada, neste caso, as duas unidades de comutador 244, 238 são controladas para operar em um padrão complementar.

Continuando com referência à FIGURA 4, no caso da tensão de saída 563 ter um nível de “1”, o sinal de comutação fornecido para a quinta unidade de comutador 238 (T1) é sinal de nível baixo. Convencionalmente, para garantir comutação complementar, o sinal de comutação fornecido para a sétima unidade de comutador 244 (T2) deveria ser um sinal de nível alto. Na modalidade ilustrada, devido à corrente elétrica poder ser flutuante através do diodo antiparalelo em associação com a sétima unidade de comutador 244 (T2), portanto, o sinal de comutação fornecido para a sétima unidade de comutador 244 (T2) pode ser temporariamente bloqueado ou mascarado para reduzir a quantidade de comutações bem como reduzir a perda de energia devido às ações de comutação desnecessárias. Neste caso, a quinta unidade de comutador 238 e a sétima unidade de comutador 244 também são operadas em um padrão não complementar. De forma similar, como mostrado na FIGURA 4, a quarta unidade de comutador 234 (S3) e a segunda unidade de comutador 232 (S4) também podem ser operadas em padrão complementar e padrão não complementar devido à introdução de atraso de tempo td. Além disso, como mostrado na FIGURA 4, em uma modalidade, durante o único ciclo de controle de comutação iniciar de tO a t8, os sinais de comutação fornecidos para as unidades de comutador T2, T3, S2, S3 no braço transversal são bloqueados em período de tempo predeterminado, para assim reduzir a quantidade de comutações bem como a perda de energia. Em outra modalidade, os sinais de comutação fornecidos para unidades de comutador T1, T4, S1, S4 no braço longitudinal podem ser bloqueados para reduzir a quantidade de comutações bem como a perda de energia. A FIGURA 5 ilustra um forma de onda de tensão de saída 560 do conversor mostrado na FIGURA 2 de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação. Como mostrado na FIGURA 5, com o uso de conversor que tem uma topologia NPP aninhada, uma perna de fase do conversor pode fornecer tensão de saída que tem cinco níveis com boas formas de onda. A FIGURA 6 ilustra um diagrama esquemático de um primeiro tipo de unidade de comutador 310 contida no conversor como mostrado na FIGURA 2 de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação. Em uma modalidade, o primeiro tipo de unidade de comutador 310 pode ser qualquer uma das unidades de comutador no braço longitudinal das três pernas de fase. Em uma modalidade particular, as primeiras quatro unidades de comutador 238, 228, 232, 242 no braço longitudinal da primeira perna de fase 220 podem ser configurados para ser exatamente as mesmas que a unidade de comutador 310. Mais especificamente, em uma modalidade, a unidade de comutador 310 inclui um primeiro dispositivo comutador 316,,um segundo dispositivo comutador 318, e um nésim0 dispositivo comutador 322, onde n é igual ou maior do que dois. Adicionalmente, em uma modalidade, o primeiro dispositivo comutador 316 é conectado em paralelo a um primeiro diodo antiparalelo 324, o segundo dispositivo comutador 318 é conectado em paralelo a um segundo diodo antiparalelo 326, e o nésimo dispositivo comutador 322 é conectado em paralelo com um nésimo diodo antiparalelo 328. Em algumas condições, cada dispositivo comutador pode ser integrado com o diodo antiparalelo para formar um dispositivo único. Devido ao primeiro dispositivo comutador 316, o segundo dispositivo comutador 318, e o nésimo dispositivo comutador 322 serem conectados em série entre as linhas de CC 206, 208, cada um dos dispositivos comutadores é aplicado com uma parte da tensão de CC. Portanto, pode ser usado dispositivo comutador de baixa tensão nominal para substituir um dispositivo comutador único 312 (como mostrado na FIGURA 6, o único dispositivo comutador 312 também é integrado com um diodo antiparalelo 314) que tem uma tensão nominal alta. Exemplos não limitantes do dispositivo comutador que pode ser usado no conversor podem incluir transistor de óxido de metal de efeito de campo semicondutor (MOSFET), transistor bipolar de porta isolada (IGBT), e tiristor comutado de porta integrada (IGCT). A FIGURA 7 ilustra um diagrama esquemático de um primeiro tipo de unidade de comutador 320 de acordo com outro modalidade exemplificativa da presente revelação. O primeiro tipo de unidade de comutador 320 mostrado na FIGURA 7 é substancialmente similar ao primeiro tipo de unidade de comutador 310 mostrado na FIGURA 6. Por exemplo, o primeiro tipo de unidade de comutador 320 também inclui um primeiro dispositivo comutador 316, um segundo dispositivo comutador 318, e um nésim0 dispositivo comutador 322, onde n é igual ou maior do que dois. O primeiro tipo de unidade de comutador 320 também inclui um primeiro diodo antiparalelo 324, um segundo diodo antiparalelo 326, e um nésimo diodo antiparalelo 328, cada um dos quais é acoplado em paralelo a um dispositivo comutador correspondente. Adicionalmente, o primeiro tipo de unidade de comutador 320 inclui um primeiro circuito amortecedor 323 disposto em associação com o primeiro dispositivo comutador 316, um segundo circuito amortecedor 325 disposto em associação com o segundo dispositivo comutador 318, e um terceiro circuito amortecedor 327 disposto em associação com o terceiro dispositivo comutador 322. Em uma modalidade particular, o primeiro, segundo, e terceiro circuitos amortecedores 323, 325, 327 podem ser formados por um ou mais dispositivos eletrônicos passivos tais como capacitores, resistências, e assim por diante. O propósito de fornecer estes circuitos amortecedores 323, 325, 327 é garantir que a tensão seja compartilhada igualmente entre os dispositivos comutadores 316, 318, 322 durante os processos dinâmicos de comutação. A FIGURA 8 ilustra um diagrama esquemático de um segundo tipo de unidade de comutador 330 usado no conversor mostrado na FIGURA 2 de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação. Em uma modalidade, o segundo tipo de unidade de comutador 330 pode ser qualquer uma das unidades de comutador no braço transversal das três pernas de fase. Em uma modalidade particular, as primeiras quatro unidades de comutador 234, 236, 244, 246 no braço transversal da primeira perna de fase 220 podem ser configuradas para ser exatamente as mesmas que a unidade de comutador 320. Mais especificamente, em uma modalidade, a unidade de .comutador 320 inclui um primeiro dispositivo comutador 336, um segundo dispositivo comutador 338, e um mésim0 dispositivo comutador 342, onde m é igual ou maior do que dois. Adicionalmente, em uma modalidade, o primeiro dispositivo comutador 336 é conectado em paralelo a um primeiro diodo antiparalelo 344, o segundo dispositivo comutador 338 é conectado em paralelo a um segundo diodo antiparalelo 346, e o mésimo dispositivo comutador 342 é conectado em paralelo a um mésimo diodo antiparalelo 348. Em algumas condições, cada dispositivo comutador pode ser integrado ao diodo antiparalelo para formar um único dispositivo. Devido ao primeiro dispositivo comutador 316, o segundo dispositivo comutador 318, e o mésimo dispositivo comutador 342 serem conectados em série entre as linhas de CC 206, 208, cada um dos dispositivos comutadores é aplicado com uma parte da tensão de CC. Portanto, pode ser usado um dispositivo comutador de baixa tensão nominal para substituir um dispositivo comutador único 332 (como mostrado na FIGURA 8, o único dispositivo comutador 332 também é integrado a um diodo antiparalelo 334) que tem uma tensão nominal alta. Exemplos não limitantes do dispositivo comutador que pode ser usado no conversor podem incluir transistor de óxido de metal de efeito de campo semicondutor (MOSFET), transistor bipolar de porta isolada (IGBT), e tiristor comutado de porta integrada (IGCT).

Em algumas modalidades, os dispositivos comutadores 336, 338, 342 no segundo tipo de unidade de comutador 330 podem ser dispostos para serem os mesmos que os dispositivos comutadores 316, 318, 322. Em outras modalidades, podem ser usados dispositivos comutadores diferentes que têm diferentes a classificações de tensão. Adicionalmente, em algumas modalidades, a quantidade de dispositivos comutadores dispostos no primeiro tipo de unidade de comutador 310 pode ser a mesma ou diferente da quantidade de dispositivos comutadores dispostos no segundo tipo de unidade de comutador 330. Em algumas modalidades, a quantidade exata de dispositivos comutadores usados na primeira ou segunda unidades de comutador 310, 330 pode ser determinada baseada em parâmetros de operação associados do conversor, tais como as tensões da conexão de CC e as tensões nominais dos dispositivos comutadores. A FIGURA 9 ilustra um diagrama esquemático de um segundo tipo de unidade de comutador 340 de acordo com outra modalidade exemplificativa da presente revelação. O segundo tipo de unidade de comutador 340 mostrado na FIGURA 9 é substancialmente similar ao segundo tipo de unidade de comutador 330 mostrado na FIGURA 8. Por exemplo, o segundo tipo de unidade de comutador 340 também inclui um primeiro dispositivo comutador 336, um segundo dispositivo comutador 338, e um mésim0 dispositivo comutador 342, onde m é igual ou maior do que dois. O segundo tipo de unidade de comutador 340 também inclui um primeiro diodo antiparalelo 344, um segundo diodo antiparalelo 346, e um rnésimo diodo antiparalelo 348, cada um dos quais é acoplado em paralelo a um dispositivo comutador correspondente. Adicionalmente, o segundo tipo de unidade de comutador 340 inclui um primeiro circuito amortecedor 343 disposto em associação ao primeiro dispositivo comutador 336, um segundo circuito amortecedor 345 disposto em associação ao segundo dispositivo comutador 338, e um terceiro circuito amortecedor 347 disposto em associação com o terceiro dispositivo comutador 342. Em uma modalidade particular, o primeiro, segundo, e terceiro circuitos amortecedores 343, 345, 347 podem ser formados por um ou mais dispositivos eletrônicos passivos tais como capacitores, resistências, e assim por diante. O propósito de fornecer estes circuitos amortecedores 343, 345, 347 é garantir que a tensão seja compartilhada igualmente entre os dispositivos comutadores 336, 338, 342 durante o processo de comutação dinâmica. A FIGURA 10 ilustra um diagrama esquemático de uma perna de fase de um conversor de acordo com outra modalidade exemplificativa da presente revelação. Em particular, a única perna de fase 400 mostrada na FIGURA 10 pode ser usada para substituir uma ou mais das três pernas de fase 220, 250, 280 mostradas na FIGURA 2. Na modalidade ilustrada, a única perna de fase 400 é configurada para fornecer uma tensão de saída que tem sete níveis. Como mostrado na FIGURA 10, a única perna de fase 400 inclui uma primeira porta 402 e uma segunda porta 404 para receber ou fornecer as tensões de CC. A única perna de fase 400 também inclui um enlace de CC 460 para filtrar as tensões de CC e fornecer tensão substancialmente constante para a unidade de comutador ou dispositivos comutadores conectados ao enlace de CC 460. A única perna de fase 400 também inclui uma terceira porta 405 para fornecer ou receber as tensões de CA. Em uma modalidade, o enlace de CC 460 é acoplado eletricamente entre uma primeira linha de CC 406 e uma segunda linha de CC 408, e o primeiro enlace de CC 406 inclui um primeiro capacitor 462 e um segundo capacitor 464 conectados em série.

Com referência à FIGURA 10, a única perna de fase 400 também inclui um primeiro módulo conversor 410, um segundo módulo conversor 420, e um terceiro módulo conversor 430 conectado de uma maneira aninhada substancialmente similar à única perna de fase 220 mostrada na FIGURA 3. Na modalidade ilustrada, cada um dos três módulos conversores 410, 420, 430 é configurado para fornecer três níveis de tensão de saída, de modo que a única perna de fase 400 possa fornecer sete níveis de tensão de saída. Em outras modalidades, a única perna de fase também pode ser construída aninhando um módulo conversor de cinco níveis com um módulo conversor de três níveis. Similar à única perna de fase 220 mostrada na FIGURA 3, cada um dos três módulos conversores 410, 420, 430 é disposto para ter seis terminais de conexão para conectar a terminais de conexão correspondentes de outro módulos conversores. Como mostrado na FIGURA 10, o primeiro módulo conversor 410 inclui quatro unidades de comutador 412, 414, 416, 418, o segundo módulo conversor 420 inclui quatro unidades de comutador 422, 424, 426, 428, e o terceiro módulo conversor 430 inclui quatro unidades de comutador 432, 434, 436, 438. Destas unidades de comutador, seis unidades de comutador 432, 422, 412, 414, 424, 434 são conectadas em série para formar um braço longitudinal, outras seis unidades de comutador 438, 436, 428, 426, 418, 416 são conectadas em série para formar um braço transversal. Uma extremidade do braço transversal é conectada eletricamente ao ponto médio de CC 412 do enlace de CC 460, e a outra extremidade do braço transversal é conectada eletricamente a uma conexão conjunta definida entre as duas unidades de comutador 412, 414. A única perna de fase 400 também inclui um primeiro capacitor flutuante 442 e um segundo capacitor flutuante 444 conectados em série para formar um primeiro braço de capacitor flutuante 440. A única perna de fase 400 também inclui um terceiro capacitor flutuante 452 e um quarto capacitor flutuante 454 conectados em série para formar um segundo braço de capacitor flutuante 450. Uma extremidade do primeiro capacitor flutuante 442 e uma extremidade do segundo capacitor flutuante 444 são comumente conectadas à conexão conjunta 443 definida entre as duas unidades de comutador 418, 426. A outra extremidade do primeiro capacitor flutuante 442 é conectada à conexão conjunta definida entre as duas unidades de comutador 422, 412, e a outra extremidade do segundo capacitor flutuante 444 é conectada a uma conexão conjunta definida entre as duas unidades de comutador 414, 424. Uma extremidade do terceiro capacitor flutuante 452 e uma extremidade do quarto capacitor flutuante 454 são comumente conectadas à conexão conjunta 453 definida entre as duas unidades de comutador 436, 428. A outra extremidade do terceiro capacitor flutuante 452 é conectada à conexão conjunta definida entre as duas unidades de comutador 432, 422, e a outra extremidade do quarto capacitor flutuante 454 é conectada a uma conexão conjunta definida entre as duas unidades de comutador 424, 434. A FIGURA 11 ilustra pelo menos uma parte de uma unidade de acionamento 500 de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente revelação. A unidade de acionamento 500 pode ser usada para acionar qualquer uma das unidades de comutador mostradas na FIGURA 2 e na FIGURA 10. Como mostrado na FIGURA 10, a unidade de acionamento 500 inclui um circuito principal de separação 512, um primeiro circuito de acionamento 412, um segundo circuito de acionamento 516, e um pésimo circuito de acionamento 518, onde p é a ou maior do que dois. Em uma modalidade, a quantidade de circuitos de acionamento é a mesma que a quantidade de dispositivos comutadores que são conectado em série na unidade de comutador. Em uma modalidade, o circuito principal de separação 512 é disposto para ficar em comunicação ótica (por exemplo, através de uma ou mais fibras óticas) com o primeiro circuito de acionamento 514, o segundo circuito de acionamento 516, e o nésimo circuito de acionamento 518. O circuito principal de separação 512 é configurado para receber um sinal de acionamento principal 542 e separar o sinal de acionamento principal 542 em um primeiro sinal de acionamento ótico 544, um segundo sinal de acionamento ótico 546, e um pésimo sinal de acionamento ótico 548, onde p é igual ou maior do que dois. O sinal de acionamento principal 542 pode ser gerado a partir do dispositivo de controle 140 mostrado na FIGURA 1 através da implementação de um ou mais algoritmos de modulação, incluindo mas não limitados a, algoritmo de modulação de largura de pulso, algoritmo de modulação de largura de pulso de vetor espacial, e assim por diante. O primeiro circuito de acionamento 514 é configurado para converter o primeiro sinal de acionamento ótico 544 em um primeiro sinal de acionamento elétrico 552, e fornecer o primeiro sinal de acionamento elétrico 552 para o primeiro dispositivo comutador 522. O segundo circuito de acionamento 516 é configurado para converter o segundo sinal de acionamento ótico 546 em um segundo sinal de acionamento elétrico 554, e fornecer o segundo sinal de acionamento elétrico 554 para o segundo dispositivo comutador 524. O pésimo circuito de acionamento 518 é configurado para converter o pésimo sinal de acionamento ótico 548 em um pésimo sinal de acionamento elétrico 550, e fornecer o pésimo sinal de acionamento elétrico 550 para o pésimo dispositivo comutador 526. O primeiro dispositivo comutador 522 é conectado em paralelo a um primeiro diodo antiparalelo 528, o segundo dispositivo comutador 524 é conectado em paralelo a um segundo diodo antiparalelo 532, e o pésimo dispositivo comutador 526 é conectado em paralelo a um pésimo diodo antiparalelo 534. Em algumas modalidades, o primeiro sinal de acionamento elétrico 552, o segundo sinal de acionamento elétrico 554, e o pésimo sinal de acionamento elétrico 550 são fornecidos de uma maneira para permitir que o primeiro dispositivo comutador 522, o segundo dispositivo comutador 524, e o pésimo dispositivo comutador 526 possam ser ligados e / ou desligados simultaneamente. A FIGURA 12 ilustra um diagrama de blocos de pelo menos parte de uma unidade de acionamento 500 de acordo com outra modalidade exemplificativa da presente revelação. A unidade de acionamento 500 mostrada na FIGURA 12 é substancialmente similar àquela que foi mostrada e descrita com referência à FIGURA 11. Por exemplo, a unidade de acionamento 500 mostrada na FIGURA 12 também inclui um circuito principal de separação 512, um primeiro circuito de acionamento 514, um segundo circuito de acionamento 516, e um pésim0 circuito de acionamento 518. Em particular, na modalidade ilustrada, o primeiro dispositivo comutador 522 é disposto com um primeiro circuito amortecedor 529, o segundo dispositivo comutador 524 é disposto com um segundo circuito amortecedor 531, e o pésimo dispositivo comutador 526 é disposto com um pésimo circuito amortecedor 533. Em uma modalidade, cada um dos três circuitos amortecedores 529, 531, 533 é acoplado em paralelo aos três dispositivos comutadores 522, 524, 526 respectivamente. Em outras modalidades, estes circuitos amortecedores 529, 531, 533 podem ser acoplados em série ou tanto em série como em paralelo aos dispositivos comutadores 522, 524, 526 respectivamente. O uso de estes circuitos amortecedores 529, 531, 533 pode garantir ações de comutação substancialmente síncronas dos dispositivos comutadores 522, 524, 526, de modo que a tensão aplicada a estes dispositivos comutadores 522, 524, 526 possa ser compartilhada igualmente durante os processos dinâmicos de comutação. A FIGURA 13 é um fluxograma que esboça uma implementação de um método 560 para acionar um conversor, ou mais particularmente, um conversor configurado para ter um topologia NPP aninhada como mostrada na FIGURA 2. Pelo menos alguns dos blocos / ações ilustrados no método 560 podem ser programados com instruções de software armazenadas em um meio de armazenamento legível por computador. O meio de armazenamento legível por computador pode incluir mídia volátil e não volátil, removível e não removível implementada em qualquer método ou tecnologia. O meio de armazenamento legível por computador inclui, mas não é limitado a, RAM, ROM, EEPROM, memória flash ou outra tecnologia de memória, CD-ROM, discos versáteis digitais (DVD) ou outro armazenamento ótico, cassetetes magnéticos, fita magnética, disco magnético de armazenamento ou outros dispositivos armazenamento magnéticos, ou qualquer outro meio não transitório que pode ser usado para armazenar a informação desejada e que pode ser acessado por um ou mais processadores.

Em uma modalidade, o método 560 pode começar implementando a partir do bloco 562. No bloco 562, uma ação é realizada para fornecer o primeiro sinal de acionamento principal para uma primeira unidade de comutador, por exemplo, a quinta unidade de comutador 238 do segundo módulo conversor 224 da primeira perna de fase 220. Como mostrado na FIGURA 4, quando o nível de tensão de saída é “2,” o sinal de acionamento principal fornecido para a quinta unidade de comutador 238 inclui sinais tanto “0” lógico como “1” lógico devido à introdução de um atraso de tempo td.

Em uma modalidade, o método 560 pode incluir adicionalmente um bloco 564. No bloco 564, uma ação é realizada para fornecer o segundo sinal de acionamento principal para uma segunda unidade de comutador, por exemplo, a sétima unidade de comutador 244 do segundo módulo conversor 244 da primeira perna de fase 220. Como mostrado na FIGURA 4, quando o nível de tensão de saída é “2”, o segundo sinal de acionamento principal fornecido para a sétima unidade de comutador 244 é sempre um sinal “0” lógico. Portanto, a quinta unidade de comutador 238 e a sétima unidade de comutador 244 podem ser controladas para operar tanto em um padrão complementar como em um padrão não complementar. A FIGURA 14 ilustra um fluxograma de um método 600 para acionar um conversor tal como o conversor mostrado na FIGURA 2.

Em uma modalidade, o método 600 pode start implementando a partir de bloco 602. No bloco 602, um sinal de acionamento principal é separado em pelo menos um primeiro sinal de acionamento ótico e um segundo sinal de acionamento ótico. A ação realizada no bloco 602 pode ser realizada pelo circuito principal de separação 512 mostrado na FIGURA 11 ou na FIGURA 12.

Em uma modalidade, o método 600 pode incluir adicionalmente um bloco 604. No bloco 604, o primeiro sinal de acionamento ótico é convertido em um primeiro sinal de acionamento elétrico, que é responsável pelo primeiro circuito de acionamento 514 mostrado na FIGURA 11 ou A FIGURA 12.

Em uma modalidade, o método 600 pode incluir adicionalmente um bloco 606. No bloco 606, o segundo sinal de acionamento ótico é convertido em um segundo sinal de acionamento elétrico, que é responsável pelo segundo circuito de acionamento 516 mostrado na FIGURA 11 ou na FIGURA 12.

Em uma modalidade, o método 600 pode incluir adicionalmente um bloco 608. No bloco 608, o primeiro sinal de acionamento elétrico é fornecido para um primeiro dispositivo comutador na unidade de comutador.

Em uma modalidade, o método 600 pode incluir adicionalmente um bloco 610. No bloco 610, o segundo sinal de acionamento elétrico é fornecido para um segundo dispositivo comutador na unidade de comutador. Em algumas modalidades, o primeiro sinal de acionamento elétrico e o segundo sinal de acionamento elétrico são fornecidos de Cima maneira a permitir que o primeiro e segundo dispositivos comutadores sejam ligados e / ou desligados de forma substancialmente síncrona. Ainda em algumas modalidades, circuitos amortecedores podem ser dispostos em associação com os dispositivos comutadores para garantir que a tensão possa ser compartilhada igualmente entre os dispositivos comutadores. A FIGURA 15 ilustra um método de conversão de energia 700 de acordo com uma modalidade exemplificative da presente revelação. Em algumas modalidades específicas, o método de conversão de energia 700 pode ser implementado com o uso de um conversor construído com uma topologia NPP aninhada nova ou melhorada como mostrada na FIGURA 2.

Em uma modalidade, o método 700 pode começar implementando a partir de bloco 702. No bloco 702, um primeiro conversor (por exemplo, um conversor CA-CC) é usado para converter uma primeira tensão de CA fornecida a partir de uma fonte de energia tal como uma rede pública de energia em uma tensão de CC. Em particular, o primeiro conversor é disposto para ter a topologia NPP aninhada para realizar conversão de energia AC-DC. Em algumas outras modalidades, é possível usar dispositivos passivos tal como um retificador formado para ter estrutura de ponte de diodo para converter a primeira tensão de CA em tensão de CC.

Em uma modalidade, o método 700 pode incluir adicionalmente um bloco 704. No bloco 704, um segundo conversor (por exemplo, conversor ou inversor CC-CA) é usado para converter a tensão de CC em uma segunda tensão de CA. Em algumas modalidades, o segundo conversor também é projetado para ter a topologia NPP aninhada para realizar conversão de energia DC-AC.

Em uma modalidade, o método 700 pode incluir adicionalmente um bloco 706. No bloco 706, a segunda tensão de CA é fornecida para uma carga tal como um motor de CA. Quando a segunda tensão de CA é uma tensão trifásica de CA, o motor de CA pode ser um motor trifásico de CA.

Embora a invenção tenha sido descrita com referência a modalidades exemplificativas, será entendido pelos indivíduos versados na técnica que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem se afastar do escopo da invenção. Além disso, um técnico experiente reconhecera a permutabilidade de várias características de diferentes modalidades. De forma similar, as várias etapas e características dos métodos descritos, bem como outras equivalentes conhecidas para cada um destes métodos e características, podem ser misturados e correspondidos por um indivíduo com conhecimentos comuns para construir conjuntos e técnicas adicionais de acordo com os princípios desta revelação. Adicionalmente, podem ser feitas muitas modificações para adaptar uma situação ou material particular aos ensinamentos da invenção sem se afastar do escopo essencial da mesma. Portanto, é entendido que a invenção não é limitada à modalidade particular revelada como o melhor modo contemplado para executar esta invenção, mas que a invenção incluirá todas as modalidades que ficarem dentro do escopo das reivindicações em anexo.

Claims

1. CONVERSOR, sendo que o dito conversor compreende: um primeiro módulo conversor; e um segundo módulo conversor acoplado ao primeiro módulo conversor de uma maneira aninhada; em que cada um de primeiro módulo conversor e segundo módulo conversor compreende uma pluralidade de unidades de comutador; e em que quando o conversor é operado para realizar conversão de energia, pelo menos duas da pluralidade de unidades de comutador são configuradas para serem comutadas tanto em um padrão complementar como em um padrão não complementar.

2. CONVERSOR, de acordo com a reivindicação 1, em que o primeiro módulo conversor ou o segundo módulo conversor compreende: um primeiro terminal de conexão de braço transversal; um segundo terminal de conexão de braço transversal; um primeiro terminal de conexão do primeiro braço longitudinal; um segundo terminal de conexão do primeiro braço longitudinal; um primeiro terminal de conexão do segundo braço longitudinal; e um segundo terminal de conexão do segundo braço longitudinal; em que pelo menos duas unidades de comutador são acopladas inversamente entre o primeiro terminal de conexão de braço transversal e o segundo terminal de conexão de braço transversal em série; em que pelo menos uma primeira unidade de comutador é acoplada entre o primeiro terminal de conexão do primeiro braço longitudinal e o segundo terminal de conexão do primeiro braço longitudinal; e em que pelo menos uma segunda unidade de comutador é acoplada entre o primeiro terminal de conexão do segundo braço longitudinal e o segundo terminal de conexão do segundo braço longitudinal, e a pelo menos uma primeira unidade de comutador e a pelo menos uma segunda unidade de comutador são dispostas na mesma direção.

3. CONVERSOR, de acordo com a reivindicação 2, em que o primeiro terminal de conexão de braço transversal é acoplado eletricamente ao terminal de conexão correspondente de outro módulo conversor ou é acoplado eletricamente a um ponto médio de CC; o segundo terminal de conexão de braço transversal é acoplado eletricamente a terminal de conexão correspondente de outro módulo conversor ou é acoplado eletricamente à porta de CA; dois dos primeiro e segundo terminais de conexão do primeiro braço longitudinal, primeiro e segundo terminais de conexão do segundo braço longitudinal são acoplados eletricamente a terminais de conexão correspondentes de outro módulo conversor ou são acoplados eletricamente a duas linhas elétricas de CC respectivamente; e os outros dois dos primeiro e segundo terminais de conexão do primeiro braço longitudinal, primeiro e segundo terminais de conexão do segundo braço longitudinal são acoplados eletricamente a terminais de conexão correspondentes de outro módulo conversor ou são comumente acoplados eletricamente à porta de CA.

4. CONVERSOR, de acordo com a reivindicação 2, sendo que o dito conversor compreende adicionalmente: um braço de capacitor flutuante, em que o braço de capacitor flutuante compreende: um primeiro capacitor flutuante; e um segundo capacitor flutuante acoplado em série ao primeiro capacitor flutuante, e o primeiro e segundo capacitores flutuantes definem um ponto médio de capacitor flutuante entre eles; e em que um primeiro terminal do braço de capacitor flutuante é acoplado eletricamente ao segundo terminal de conexão do primeiro braço longitudinal do primeiro módulo conversor e ao primeiro terminal de conexão do primeiro braço longitudinal do segundo módulo conversor; um segundo terminal do braço de capacitor flutuante é acoplado eletricamente ao segundo terminal de conexão do segundo braço longitudinal do primeiro módulo conversor e ao primeiro terminal de conexão do segundo braço longitudinal do segundo módulo conversor; e o ponto médio de capacitor flutuante é acoplado eletricamente ao segundo terminal de conexão de braço transversal do primeiro módulo conversor e ao primeiro terminal de conexão de braço transversal do segundo módulo conversor.

5. CONVERSOR, de acordo com a reivindicação 2, em que as tensões do primeiro capacitor flutuante e o segundo capacitor flutuante são substancialmente balanceados em um ou mais ciclos de controle de comutação usando seletivamente estados de comutação redundantes dos sinais de comutação fornecidos para a pluralidade de unidades de comutador.

6. CONVERSOR, de acordo com a reivindicação 2, em que pelo menos um sinal de comutação fornecido para pelo menos uma da pluralidade de unidades de comutador é bloqueado para reduzir as quantidades de comutação durante pelo menos meio período de um ciclo de controle de comutação.

7. CONVERSOR, de acordo com a reivindicação 1, em que o primeiro módulo conversor tem substancialmente a mesma estrutura que o segundo módulo conversor, o primeiro módulo conversor é configurado para fornecer sinais que têm 2n1+1 níveis, o segundo módulo conversor é configurado para fornecer sinais que tem 2n2+1 níveis, em que n1 e n2 são iguais ou maiores do que um, en1 é igual a n2.

8. CONVERSOR, de acordo com a reivindicação 1, em que o primeiro módulo conversor tem estrutura diferente do segundo módulo conversor, o primeiro módulo conversor é configurado para fornecer sinais que tem 2n1+1 níveis, o segundo módulo conversor é configurado para fornecer sinais que tem 2n2+1 níveis, em que n1 e n2 são iguais a ou maiores do que um, e n1 não é igual a n2.

9. CONVERSOR, de acordo com a reivindicação 1, em que o conversor compreende: pelo menos um braço longitudinal que compreende pelo menos uma primeira unidade de comutador, em que a pelo menos uma primeira unidade de comutador compreende N dispositivos comutadores conectados em série; e pelo menos um braço transversal que compreende pelo menos uma segunda unidade de comutador, em que a pelo menos uma segunda unidade de comutador compreende M dispositivos comutadores conectados em série, em que tanto N como M são maiores do que dois, e N não é igual a M.

10. CONVERSOR, de acordo com a reivindicação 1, em que pelo menos uma da pluralidade de unidades de comutador compreende pelo menos dois dispositivos comutadores que são conectados um ao outro em série.

11. CONVERSOR, de acordo com a reivindicação 10, em que cada um dos dois dispositivos comutadores é disposto com um respectivo circuito amortecedor, e o circuito amortecedor é configurado para garantir que os pelo menos dois dispositivos comutadores substancialmente compartilhem a mesma tensão durante o processo em que os dispositivos comutadores são ligados ou desligados.

12. CONVERSOR, que compreende: um primeiro módulo conversor; e um segundo módulo conversor acoplado ao primeiro conversor de uma maneira aninhada; em que cada um de primeiro módulo conversor e segundo módulo conversor inclui uma pluralidade de unidades de comutador; e em que pelo menos uma da pluralidade de unidades de comutador compreende pelo menos dois dispositivos comutadores conectados em série.

13. CONVERSOR, de acordo com a reivindicação 12, em que quando o conversor é operado para realizar conversão de energia, pelo menos duas das unidades de comutador são configuradas para serem comutadas tanto em um padrão complementar como em um padrão não complementar.

14. MÉTODO PARA ACIONAR UM CONVERSOR, em que o conversor compreende pelo menos um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplados para formar uma topologia de ponto neutro controlado aninhado, em que o primeiro ou segundo módulos conversores compreendem pelo menos uma primeira unidade de comutador e uma segunda unidade de comutador, em que o método compreende: fornecer um primeiro sinal de acionamento principal para acionar a primeira unidade de comutador; e fornecer um segundo sinal de acionamento principal para acionar a segunda unidade de comutador para permitir que a primeira e segunda unidades de comutador sejam comutadas tanto em um padrão complementar como em um padrão não complementar.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, em que o conversor compreende um primeiro capacitor flutuante e um segundo capacitor, e o método compreende adicionalmente: usar seletivamente estados de comutação redundantes dos sinais de comutação fornecidos para a pluralidade de unidades de comutador para balancear substancialmente as tensões do primeiro capacitor flutuante e do segundo capacitor flutuante em um ou mais ciclos de controle de comutação.

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, em que o método compreende adicionalmente bloquear pelo menos um sinal de comutação fornecido para pelo menos uma da pluralidade de unidades de comutador para reduzir as quantidades de comutação durante pelo menos meio período de um ciclo de controle de comutação.

17. MÉTODO PARA ACIONAR UM CONVERSOR, em que o conversor compreende pelo menos um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplados para formar uma topologia de ponto neutro controlado aninhado, em que cada um dos primeiro e segundo módulos conversores compreende uma pluralidade de unidades de comutador, e pelo menos uma da pluralidade de unidades de comutador compreende pelo menos um primeiro dispositivo comutador e um segundo dispositivo comutador acoplados em série, em que o método compreende: separar um sinal de acionamento principal em um primeiro sinal de acionamento ótico e um segundo sinal de acionamento ótico; converter o primeiro sinal de acionamento ótico em um primeiro sinal de acionamento elétrico; converter o segundo sinal de acionamento ótico em um segundo sinal de acionamento elétrico; fornecer o primeiro sinal de acionamento elétrico para o primeiro dispositivo comutador; e fornecer o segundo sinal de acionamento elétrico para o segundo dispositivo comutador.

18. MÉTODO PARA USAR UM DISPOSITIVO DE CONVERSÃO DE ENERGIA PARA REALIZAR CONVERSÃO DE ENERGIA ENTRE UMA REDE PÚBLICA E UM MOTOR ELÉTRICO TRIFÁSICO, em que o dispositivo de conversão de energia compreende um conversor ca-cc e um conversor cc-ca, em que pelo menos um do conversor ca-cc e o conversor cc-ca compreende um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplados para formar uma topologia de ponto neutro controlado aninhado, em que o primeiro ou segundo módulos conversores compreendem pelo menos uma primeira unidade de comutador e uma segunda unidade de comutador que são dispostas para serem comutadas tanto em um padrão complementar como em um padrão não complementar, em que o método compreende: converter primeira tensão trifásica de CA recebida a partir da rede pública em tensão de CC usando o conversor CA-CC; converter a tensão de CC em uma segunda tensão trifásica de CA usando o conversor CC-CA; e fornecer a segunda tensão trifásica de CA para o motor elétrico trifásico.

19. UNIDADE DE ACIONAMENTO PARA ACIONAR UM CONVERSOR, em que o conversor compreende pelo menos um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplados para formar uma topologia de ponto neutro controlado aninhado, em que cada um de primeiro e segundo móduloss conversores compreende uma pluralidade de unidades de comutador, e em que pelo menos uma da pluralidade de unidades de comutador compreende pelo menos um primeiro dispositivo comutador e um segundo dispositivo comutador acoplados em série, em que a unidade de acionamento compreende: um circuito principal de separação configurado para separar um sinal de acionamento principal em pelo menos um primeiro sinal de acionamento ótico e um segundo sinal de acionamento ótico; um primeiro circuito de acionamento acoplado ao circuito principal de separação, o primeiro circuito de acionamento configurado para converter o primeiro sinal de acionamento ótico para um primeiro sinal de acionamento elétrico, e fornecer o primeiro sinal de acionamento elétrico para o primeiro dispositivo comutador para permitir que o primeiro dispositivo comutador seja ligado ou desligado adequadamente; e um segundo circuito de acionamento acoplado ao circuito principal de separação, o segundo circuito de acionamento configurado para converter o segundo sinal de acionamento ótico para um segundo sinal de acionamento elétrico, e fornecer o segundo sinal de acionamento elétrico para o segundo dispositivo comutador para permitir que o segundo dispositivo comutador seja ligado ou desligado sincronamente com respeito ao primeiro dispositivo comutador adequadamente.

20. UNIDADE DE ACIONAMENTO, de acordo com a reivindicação 19, em que o primeiro dispositivo comutador é disposto com um primeiro circuito amortecedor, o segundo dispositivo comutador é disposto com um segundo circuito amortecedor, e em que o primeiro e segundo circuitos amortecedores são configurados para permitir que o primeiro dispositivo comutador e o segundo dispositivo comutador compartilhem substancialmente a mesma tensão durante o processo em que o primeiro e segundo dispositivos comutadores são comutados.

21. DISPOSITIVO DE CONVERSÃO DE ENERGIA ACOPLADO ENTRE UMA REDE PÚBLICA DE ENERGIA E UM MOTOR ELÉTRICO TRIFÁSICO, em que o dispositivo de conversão de energia compreende: um conversor CA-CC configurado para receber primeira tensão de CA fornecida a partir da rede pública de energia e converter a primeira tensão de CA para tensão de CC; e um conversor CC-CA acoplado ao conversor CA-CC, o conversor CC-CA configurado para receber a tensão de CC, converter a tensão de CC em uma segunda tensão de CA, e fornecer a segunda tensão de CA para o motor elétrico trifásico; em que pelo menos um do conversor CA-CC e o conversor CC-CA compreende pelo menos um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplados para formar uma topologia de ponto neutro controlado aninhado, em que cada um dos primeiro e segundo módulos conversores compreende uma pluralidade de unidades de comutador; e em que quando o dispositivo de conversão de energia é configurado para realizar conversão de energia, pelo menos duas das unidades de comutador são operadas para ter estados de comutação opostos e mesmo estado de comutação em um ciclo de controle de comutação.

22. SISTEMA EÓLICO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, que compreende: um primeiro conversor configurado para converter uma primeira energia elétrica de CA para energia elétrica de CC; e um segundo conversor acoplado ao primeiro conversor, o segundo conversor configurado para converter a energia elétrica de CC para uma segunda energia elétrica de CA; em que pelo menos um dos primeiro e segundo conversores compreende pelo menos um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplados para formar uma topologia de ponto neutro controlado aninhado, e cada dos primeiro e segundo módulos conversores compreende uma pluralidade de unidades de comutação.

23. SISTEMA SOLAR DE GERAÇÃO DE ENERGIA, que compreende: um primeiro conversor configurado para converter uma primeira energia elétrica de CC para segunda energia elétrica de CC; e um segundo conversor acoplado ao primeiro conversor, o segundo conversor configurado para converter a segunda energia elétrica de CC para uma energia elétrica de CA; em que pelo menos um dos primeiro e segundo conversores compreende pelo menos um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplados para formar uma topologia de ponto neutro controlado aninhado, e cada um dos primeiro e segundo módulos conversores compreende uma pluralidade de unidades de comutação.

24. SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO ININTERRUPTA, que compreende: um primeiro conversor configurado para converter uma primeira energia elétrica de CA para energia elétrica de CC; um dispositivo de armazenamento de energia acoplado ao primeiro conversor, o conversor de armazenamento de energia configurado para armazenar a energia elétrica de CC fornecida a partir do primeiro conversor; e um segundo conversor acoplado ao primeiro conversor e ao dispositivo de armazenamento de energia, o segundo conversor configurado para converter energia elétrica de CC fornecida a partir do dispositivo de armazenamento de energia ou a partir do primeiro conversor para uma segunda energia elétrica de CA; em que pelo menos um dos primeiro e segundo conversores compreende pelo menos um primeiro módulo conversor e um segundo módulo conversor acoplados para formar uma topologia de ponto neutro controlado aninhado, e cada dos primeiro e segundo módulos conversores compreende uma pluralidade de unidades de comutação.