CN102055364A - 三电平转换器的操作 - Google Patents

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Abstract

操作三电平转换器的方法包括当该三电平转换器的DC线路电压低于该转换器的额定DC线路电压的一半时，通过对该转换器的每个分支交替连接分支的输出端到DC线路的正端或负端来控制该转换器的输出电压。当DC线路电压是额定DC线路电压的至少一半时，该方法包括通过对每个分支选择性地连接转换器的输出端到DC线路的正端、负端或中点来控制转换器的输出电压。

Description

三电平转换器的操作 
技术领域
本发明大体上涉及电能转换，并且更加具体地涉及光伏模块到电力网或负载的高效连接。 
背景技术
随着上升的常规能源成本和缺乏以及对环境的关注，对例如太阳能发电和风力等替代能源存在极大兴趣。太阳能发电使用光伏(PV)模块从太阳发电。多个PV电池在这样的系统中互相电连接。由PV模块产生的电力通过例如二极管钳位转换器(diode clamped converter)等的一个或多个电力电子转换器传送到电力网。 
一般来说，在光伏系统中使用的电力电子转换器的效率在部分负载时低而在中到满负载时高。由于转换器大部分时间在部分负载操作，PV系统的总效率低于最佳。因此，二极管钳位多电平转换器的功率损耗由于这样的损耗对输送到负载的总能量的影响而在单元尺寸(unit sizing)光伏系统中是重要问题。主要由于在通常在转换器中使用的例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、门极可关断(GTO)晶闸管、集成门极换流晶闸管(IGCT)和二极管等开关器件或例如滤波电感器(filter inductor)等无源部件中的损耗，功率损耗在二极管钳位转换器中发生。该开关器件大体上具有三种主要类型的损耗：导电损耗、开关损耗和栅极驱动损耗。栅极驱动损耗在二极管中不存在。然而，导电损耗和开关损耗是二极管损耗的非常多的部分。在快速开关二极管中的损耗典型地高于慢速开关二极管。开关损耗对应于在开关器件的状态改变期间(在导通和关断期间)发生的损耗。导电损耗对应于在开关器件中在它的导电期间(当该器件运送电流时)发生的损耗。 栅极驱动损耗指使开关器件的栅-源和栅-漏电容充电和放电所需要的能量，并且受开关频率、漏-源电容和两端的电压(voltage traversed)的影响。滤波电感器损耗典型地由铜和铁耗构成。在电力转换器中的铜耗典型地由趋肤和邻近效应增加。因此，确定将解决上述问题的方法和系统是可取的。 
发明内容
根据本发明的实施例，提供操作三电平转换器的方法。该方法包括当该三电平转换器的DC线路电压低于该转换器的额定DC线路电压的一半时，通过对该转换器的每个分支(leg)交替连接分支的输出端到DC线路的正端或负端来控制该转换器的输出电压。当DC线路电压是额定DC线路电压的至少一半时，该方法包括通过对每个分支选择性地连接转换器的输出端到DC线路的正端、负端或中点来控制转换器的输出电压。 
根据本发明的另一个实施例，提供输送来自包括光伏(PV)模块的发电系统的太阳能的方法。该方法包括将来自PV模块的DC电力提供给三电平转换器。当三电平转换器的DC线路电压小于该转换器的额定DC线路电压的一半时，该方法包括通过对该转换器的每个分支交替连接分支的输出端到DC线路的正端或负端来控制该转换器的输出电压。该方法进一步包括当DC线路电压是额定DC线路电压的至少一半时，通过对每个分支选择性地连接转换器的输出端到DC线路的正端、负端或中点来控制转换器的输出电压。 
根据本发明的实施例，提供操作三电平中性点钳位(NPC)转换器的方法。该NPC转换器包括第一和第二外部开关器件(具有与其跨接连接的第一和第二机械开关)、第一和第二内部开关器件、第一和第二二极管和与两个外部开关器件跨接连接的具有第一中点的分裂(split)DC线路。该第一外部和第一内部开关器件在第二中点串联连接，该第一内部和第二内部开关器件在第三中点串联连接，并且该第 二内部和第二外部开关器件在第四中点串联连接。该第一二极管在第一中点和第二中点之间连接，并且该第二二极管在第一中点和第四中点之间中连接。该方法包括当NPC转换器的分支的DC线路电压小于NPC转换器的额定DC线路电压的一半时，维持外部开关器件和机械开关处于ON状态同时交替地使内部开关器件切换到ON和OFF状态。该方法还包括，当NPC转换器的分支的DC链路电压是NPC转换器的额定DC链路电压的至少一半时，通过维持机械开关在OFF状态并且交替地使第一外部开关器件和第二内部开关器件切换到ON和OFF状态同时第一内部开关器件和第二外部开关器件分别处于ON和OFF状态而产生正输出电压。该方法进一步包括，当NPC转换器的分支的DC线路电压是NPC转换器的额定DC线路电压的至少一半时，通过维持机械开关在OFF状态并且交替地使第一内部开关器件和第二外部开关器件切换到ON和OFF状态同时对于负输出电压第一外部开关器件和第二内部开关器件分别在OFF和ON状态而产生负输出电压。 
根据本发明的再另一个实施例，提供三电平中性点钳位(NPC)转换器，其包括具有与其跨接连接的第一和第二机械开关器件的第一和第二外部开关器件和第一和第二内部开关器件。该第一内部和第二内部开关器件在第一中点串联连接；该第二内部和第二外部开关器件在第二中点串联连接并且该第一外部和第一内部开关器件在第三中点串联连接。该NPC转换器还包括第一和第二二极管和与第一和第二外部开关器件跨接连接的具有第四中点的分裂DC线路(split DClink)，其中该第一二极管连接在第四中点和第三中点之间，并且该第二二极管连接在第四中点和第二中点之间。该NPC转换器进一步包括控制器，其配置成当NPC转换器的分支的DC线路电压小于NPC转换器的额定DC线路电压的一半时提供控制信号以维持外部开关器件和机械开关在ON状态同时交替使内部开关器件切换到ON和OFF状态。该控制器进一步配置成当NPC转换器的分支的DC线路电压是 NPC转换器的额定DC线路电压的至少一半时提供控制信号以维持机械开关在OFF状态并且交替地使第一外部开关器件和第二内部开关器件切换到ON状态同时第一内部开关器件和第二外部开关器件分别在ON状态和OFF状态以产生正输出电压。 
附图说明
当下列详细说明参照附图(其中相似的符号在整个附图中代表相似的部件)阅读时，本发明的这些和其他的特征、方面和优势将变得更好理解，其中： 
图1是常规太阳能发电系统的框图； 
图2是根据本发明的实施例的中性点钳位三电平转换器的一个分支的电路图和它的输出波形； 
图3是代表根据本发明的实施例的中性点钳位三电平转换器的一个操作模式的图； 
图4是当DC线路电压等于或高于一半额定DC线路电压时代表NPC三电平转换器的操作的图； 
图5是代表根据本发明的实施例的利用机械开关的中性点钳位三电平转换器的另一个操作模式的图； 
图6是代表根据本发明的实施例的利用图3的操作模式的NPC三电平转换器的输出电压波形的图；以及 
图7是根据本发明的实施例的操作三电平转换器的方法的流程图。 
具体实施方式
如在下文详细论述的，本发明的实施例用于提供从太阳能发电系统到负载或电力网的高效电力传送的系统和方法。 
图1图示太阳能发电系统10。该发电系统包括PV模块12。该PV模块通过DC/DC转换器16、DC线路18和电网侧三相三电平 DC/AC转换器20连接到电力网14。该DC/AC转换器20维持DC线路18的恒定DC电压，从而管理从DC线路18到电力网14的能量流。DC/DC转换器16由DC/DC控制器22控制，并且电网侧转换器20由电网侧控制器24控制。系统控制器26产生DC/DC转换器22的参考DC电压命令和电网侧转换器24的参考输出电压大小命令和参考频率命令。在一个实施例中，该PV模块12可直接连接到DC线路18而在其之间不利用任何DC/DC转换器。在另一个实施例中，电网侧三相转换器可由多个单相转换器代替和/或单个控制器可用于在图1中示出的多个控制功能。 
图2是根据本发明的实施例的在太阳能发电系统中使用的中性点钳位(NPC)三电平转换器的一个分支112或一相的示意图110和它的输出电压波形130。在该实施例中，NPC三电平转换器的一个分支112包括四个开关器件114、116、118与120和两个二极管122与124。输入电压V1和V2被控制以维持在Vdc/2，其中Vdc是总DC线路电压。电压V3是关于DC线路46的中心点126测量的相A输出电压。此外，器件114是器件118的互补器件，即当器件114导通时，器件118不导通并且反之亦然。相似地，器件116和120是彼此互补的。 
操作中，NPC三电平转换器的一个分支具有三个开关阶段(switching stage)。在第一开关阶段中，器件114和116导通并且器件118和120关断。假定稳定操作情况下，V1＝V2＝Vdc/2，V3变成Vdc/2。在第二开关阶段中，器件116和118导通而器件114和120关断。在该阶段中，V3等于零。在该阶段中输出电压V3等于在NPC三电平转换器的中心抽头或中心点126的电压。中心点126指在两个DC线路电容器之间的连接点。在一个实施例中，在有超过两个DC线路电容器的情况下，可有取决于利用的DC线路电容器的数量的多个连接点。操作中，取决于由NPC三电平转换器供应给电力网的负载电流，中心点电压可不保持稳定并且因此电压V1和V2可偏离值Vdc/2而波动。在一个实施例中，当PV模块的输出电压小于阈值电 压时，中心点的稳定性由DC到DC转换器控制，并且当PV模块的输出电压高于阈值电压时，中心点的稳定性由多电平转换器控制。 
在第三开关阶段中，器件114和116关断而器件118和120导通。这导致如在波形130中示出的V3变成-Vdc/2。从而，可以看到相电压V3具有三个电平Vdc/2、0和-Vdc/2。在一个实施例中，NPC三相转换器的三个这样的分支组合并且所得的线路电压(具有五个电平：Vdc、Vdc/2、0、-Vdc/2、-Vdc)馈给电力网，如在图1中示出的。本领域内技术人员将意识到图2的三电平转换器112可以增加到任何电平，其取决于电路拓扑并且从而取决于在电路中器件和二极管的数量。当在转换器中的电平的数量增加时，转换器的输出波形接近纯正弦波，导致输出电压中较低的谐波。 
应该注意到开关器件的开关脉冲可由脉冲宽度调制(PWM)技术产生。在一个实施例中，PWM技术可包括正弦三角形PWM技术或空间矢量PWM技术。在另一个实施例中，电路还可用于单相电路。此外，开关器件可包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)或集成门极换流晶闸管(IGCT)或金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)或碳化硅器件或其的组合。 
图3图示根据本发明的实施例的中性点钳位三电平转换器的操作模式140。在常规操作中，如较早说明的，为了在NPC三电平转换器的输出端合成正电压，正侧的较低开关器件116连续导通并且在负侧的较低开关器件120保持关断而正侧的较高开关器件114和负侧的较高开关器件118交替接通。从而，当开关器件114导通时，输出电压V3将是Vdc/2，并且当开关器件118导通时，输出电压V3将是零。相似地，为了合成负电压，正侧的较高开关器件114连续关断并且在负侧的较高开关器件118保持导通而正侧的较低开关器件116和负侧的较低开关器件120交替接通。 
在本文公开的一个实施例中，当DC线路电压Vdc高于一半额定DC线路电压时，开关器件采用与常规方法相同的方式导通。然而， 当DC线路电压Vdc低于一半额定DC线路电压时，然后外部开关器件114和120连续保持导通(其在图3中由两个短路142和144代表)，而内部开关器件116和118交替接通。在一个实施例中，该操作模式称为三电平转换器的二电平操作。一旦DC线路电压超过一半额定电压，然后开关程序退回到三电平NPC转换器的正常开关程序。 
图4示出当DC线路电压等于或高于一半额定DC线路电压时NPC三电平转换器的操作。该操作关于两个实施例160、162和它的输出电压图表164和166分别示出。当要求的转换器的输出相电压是正的时，如在电路160中示出的第一内部开关器件116保持ON并且第二外部开关器件120保持OFF，而第一外部开关器件114和第二内部开关器件118交替导通和关断。这导致如在图表164中示出的转换器的正输出电压。相似地，当所要求的转换器的输出相电压是负的时，如在电路162中示出的第一外部开关器件114保持OFF并且第二内部开关器件118保持OFF，而第一内部开关器件116和第二外部开关器件120交替导通和关断，并且导致如在图表166中示出的负输出电压。 
图5图示根据本发明的实施例的利用机械开关的中性点钳位三电平转换器的另一个操作模式170。在该实施例中，两个机械开关172和174分别与外部开关器件142和144跨接连接。当DC线路电压Vdc高于一半额定DC线路电压时，机械开关172和174连续关断，而当DC线路电压Vdc低于一半额定DC线路电压时，机械开关与开关器件142和144一起连续导通。这导致通过减少开关器件142和144的导电损耗而增加转换器的效率。 
图6示出根据本发明的实施例的利用一个方法的NPC三电平转换器的输出电压波形。波形182示出当DC线路电压高于一半额定DC线路电压时的三电平转换器的输出电压。在该实施例中，额定DC线路电压是600伏特。从而，当DC线路电压高于一半额定DC线路电压时输出电压具有三个电平Vdc＝600、零和-Vdc＝-600。此外，波形184示出当DC线路电压低于一半额定DC线路电压、即在该情况下 300伏特时的三电平转换器的输出电压。可以看到在该情况下的输出电压仅具有两个电平Vdc＝280和Vdc＝-280。还应该注意到零电平在该情况下不存在。 
图7示出根据本发明的实施例操作NPC三电平转换器的方法190。该方法包括在步骤192中测量DC线路电压Vdc。该测量的DC线路电压Vdc然后在步骤194中与一半额定DC线路电压比较。如果测量的DC线路电压高于一半额定DC线路电压，那么常规三电平脉冲宽度调制(PWM)在步骤196中应用于三电平转换器的开关器件。该三电平PWM指通过对每个分支选择性地连接转换器的输出端到DC线路的正端、负端或中点来控制转换器的输出电压。然而，如果DC线路电压低于一半额定DC线路电压，那么二电平PWM在步骤198中应用于三电平转换器的开关器件。如较早说明的，该二电平PWM指在仅两个器件交替接通而其他两个开关器件分别保持在导通状态和关断状态的情况下的三电平转换器的操作。也就是说，通过对转换器的每个分支交替地连接分支的输出端到DC线路的正端或负端来控制转换器的输出电压。应该注意到PWM波形可通过正弦三角形PWM技术或空间矢量PWM技术或相似的其他PWM技术来产生。 
提出的操作NPC三电平转换器的方法的一个优势是它提供三电平转换器的更高效率。此外，当提出的PWM方法在光伏系统中使用时，光伏转换器具有更高的部分负载效率。这实现光伏系统的更高的年度能量产量(AEP)。提出的操作NPC三电平转换器的方法还可用在其他发电系统中，例如燃料电池或蓄电池能量储存发电系统等。 
尽管本文仅图示和描述本发明的某些特征，本领域内技术人员将想到许多修改和改变。因此，要理解附上的权利要求意在覆盖所有这样的修改和改变，这些都落入本发明的真正精神内。 
部件列表 
10  常规太阳能发电系统            12  PV阵列 
14  电力网                        16  DC/DC转换器 
18   DC线路                        126  DC线路的中心点 
22   DC/DC控制器                   24   电网侧控制器 
26   系统控制器                    46   DC线路 
114  开关器件                      116  开关器件 
118  开关器件                      120  开关器件 
122  二极管                        124  二极管 
140  NPC三电平转换器的操作模式     142  短路 
112  NPC三电平转换器的一个分支1    144  短路 
160  NPC三电平转换器的实施例       172  机械开关 
164  输出电压图表                  192  方法步骤 
170  NPC三电平转换器的操作模式     196  方法步骤 
190  操作NPC三电平转换器的方法     174  机械开关 
162  NPC三电平转换器的实施例       194  方法步骤 
166  输出电压图表                  198  方法步骤 
110  中性点钳位(NPC)三电平转换器的一相的示意图 
182  NPC三电平转换器的输出电压波形 
184  NPC三电平转换器的输出电压波形 
20   电网侧三相三电平DC/AC转换器 
130  NPC三电平转换器的输出电压波形 。

Claims (20)

1.一种操作三电平转换器的方法，其包括：
当所述三电平转换器的DC线路电压低于所述转换器的额定DC线路电压的一半时，通过对所述转换器的每个分支交替地连接该分支的输出端到所述DC线路的正端或负端来控制所述转换器的输出电压；以及
当所述DC线路电压是所述额定DC线路电压的至少一半时，通过对每个分支选择性地连接所述转换器的输出端到所述DC线路的正端、负端或中点来控制所述转换器的输出电压。
2.如权利要求1所述的方法，其中当所述DC线路电压低于一半所述额定DC线路电压时控制所述转换器的输出电压包括维持所述三电平转换器的外部开关器件在导通状态同时交替地使所述三电平转换器的内部开关器件切换到导通和关断状态。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述开关器件的开关脉冲由脉冲宽度调制(PWM)技术产生。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述PWM技术包括正弦三角形PWM或空间矢量PWM。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括从光伏模块、燃料电池或蓄电池提供DC电力给所述三电平转换器。
6.一种输送来自包括光伏(PV)模块的发电系统的太阳能的方法，所述方法包括：
将来自所述PV模块的DC电力提供给三电平转换器；
当三电平转换器的DC线路电压小于所述转换器的额定DC线路电压的一半时，通过对所述转换器的每个分支交替地连接该分支的输出端到所述DC线路的正端或负端来控制所述转换器的输出电压；以及
当所述DC线路电压是所述额定DC线路电压的至少一半时，通过对每个分支选择性地连接所述转换器的输出端到所述DC线路的正端、负端或中点来控制所述转换器的输出电压。
7.一种操作三电平中性点钳位(NPC)转换器的方法，所述NPC转换器包括具有与其跨接连接的第一和第二机械开关的第一和第二外部开关器件、第一和第二内部开关器件、第一和第二二极管和与所述两个外部开关器件跨接连接的具有第一中点的分裂DC线路，其中所述第一外部和所述第一内部开关器件在第二中点串联连接，所述第一内部和所述第二内部开关器件在第三中点串联连接；所述第二内部和第二外部开关器件在第四中点串联连接，所述第一二极管在所述第一中点和第二中点之间连接，并且所述第二二极管在所述第一中点和所述第四中点之间连接，所述方法包括：
当所述NPC转换器的分支的DC线路电压小于所述NPC转换器的额定DC线路电压的一半时，维持所述外部开关器件和机械开关在导通状态同时交替地使所述内部开关器件切换到导通和关断状态；
当所述NPC转换器的分支的DC线路电压是所述NPC转换器的额定DC线路电压的至少一半时，通过维持机械开关在关断状态并且交替地使所述第一外部开关器件和所述第二内部开关器件切换到导通和关断状态同时所述第一内部开关器件和所述第二外部开关器件分别在导通和关断状态而产生正输出电压；以及
当所述NPC转换器的分支的DC线路电压是所述NPC转换器的所述额定DC线路电压的至少一半时，通过维持机械开关在关断状态并且交替地使所述第一内部开关器件和第二外部开关器件切换到导通和关断状态同时所述第一外部开关器件和所述第二内部开关器件对于负输出电压分别在关断状态和导通状态而产生负输出电压。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述开关器件中的至少一些的开关脉冲由脉冲宽度调制(PWM)技术产生。。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述PWM技术包括正弦三角形PWM或空间矢量PWM。
10.如权利要求7所述的方法，其中所述三电平转换器包括单相三电平转换器。
11.如权利要求7所述的方法，其中所述三电平转换器包括三相三电平转换器。
12.如权利要求7所述的方法，其中所述开关器件从由IGBT、IGCT、MCT、MTO、MOSFET和碳化硅器件构成的组选择。
13.一种三电平中性点钳位(NPC)转换器，其包括：
第一和第二外部开关器件和第一和第二内部开关器件，其中所述第一内部和所述第二内部开关器件在第一中点串联连接；所述第二内部和所述第二外部开关器件在第二中点串联连接并且所述第一外部和所述第一内部开关器件在第三中点串联连接；
第一和第二二极管和与第一和第二外部开关器件跨接连接的具有第四中点的分裂DC线路，其中所述第一二极管连接在所述第四中点和所述第三中点之间，并且所述第二二极管连接在所述第四中点和所述第二中点之间；
控制器，其配置成当所述NPC转换器的分支的DC线路电压小于所述NPC转换器的额定DC线路电压的一半时，提供控制信号以维持所述外部开关器件在导通状态同时交替地使所述内部开关器件切换到导通和关断状态；
其中所述控制器进一步配置成当所述NPC转换器的分支的DC线路电压是所述NPC转换器的所述额定DC线路电压的至少一半时提供控制信号以交替地使所述第一外部开关器件和第二内部开关器件切换到导通状态同时所述第一内部开关器件和所述第二外部开关器件分别在导通状态和关断状态以产生正输出电压。
14.如权利要求13所述的三电平NPC转换器，其中所述控制器进一步配置成当所述NPC转换器的分支的DC线路电压是所述NPC转换器的所述额定DC线路电压的至少一半时提供控制信号以维持所述机械开关在关断状态并且交替地使所述第一内部开关器件和第二外部开关器件切换到导通和关断状态同时第一外部开关器件和第二内部开关器件分别在关断状态和导通状态以产生负输出电压。
15.如权利要求13所述的三电平NPC转换器，进一步包括与第一和第二外部开关器件跨接连接的第一和第二机械开关。
16.如权利要求15所述的三电平NPC转换器，其中所述控制器配置成当所述NPC转换器的分支的DC线路电压小于所述NPC转换器的所述额定DC线路电压的一半时提供控制信号以维持所述机械开关在导通状态。
17.如权利要求15所述的三电平NPC转换器，其中所述控制器配置成当所述NPC转换器的分支的DC线路电压是所述NPC转换器的所述额定DC线路电压的至少一半时提供控制信号以维持所述机械开关在关断状态。
18.如权利要求13所述的三电平NPC转换器，其中所述三电平转换器包括单相三电平转换器。
19.如权利要求13所述的三电平NPC转换器，其中所述三电平转换器包括三相三电平转换器。
20.如权利要求13所述的三电平NPC转换器，其中所述开关器件从由IGBT、IGCT、MCT、MTO、MOSFET和碳化硅器件构成的组选择。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103516244A (zh) * 2012-06-14 2014-01-15 富士电机株式会社 多级电力变换电路的保护控制系统
CN103546052A (zh) * 2012-07-16 2014-01-29 台达电子工业股份有限公司 多电平电压转换器
WO2014101075A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 General Electric Company Systems and methods for control of power semiconductor devices
CN104247246A (zh) * 2012-04-26 2014-12-24 三菱电机株式会社 功率模块及使用该功率模块的三电平功率转换装置
CN104601000A (zh) * 2013-10-31 2015-05-06 通用电气公司 变换器控制器,电能变换系统以及控制方法
CN106921305A (zh) * 2015-12-25 2017-07-04 富士电机株式会社 三电平功率转换电路
CN111404414A (zh) * 2020-03-10 2020-07-10 天津工业大学 一种改进的npc三电平逆变器

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1393717B1 (it) * 2009-03-31 2012-05-08 Meta System Spa Dispositivo e metodo per la conversione di corrente continua in corrente alternata
DE102010023601A1 (de) * 2010-06-12 2011-12-15 Kostal Industrie Elektrik Gmbh Schaltungstopologie für einen Phasenanschluss eines Wechselrichters
JP5386640B2 (ja) * 2010-08-23 2014-01-15 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
US8441820B2 (en) * 2010-09-29 2013-05-14 General Electric Company DC-link voltage balancing system and method for multilevel converters
US20120155140A1 (en) * 2010-12-21 2012-06-21 Chung-Shan Institute of Science and Technology, Armaments, Bureau, Ministry of National Defense Asynchronous Sigma-Delta Modulation Controller
DE102011076515A1 (de) * 2011-05-26 2012-11-29 Robert Bosch Gmbh Energiespeichereinrichtung und System mit Energiespeichereinrichtung
US8570776B2 (en) * 2011-05-27 2013-10-29 Alstom Technology Ltd Method and device for determining a control scheme for an active power filter
CA2778072C (en) * 2011-05-27 2015-12-01 Alstom Technology Ltd. Method for the determination of a control scheme for a npc vsc, in particular as an active power filter
US20120316950A1 (en) * 2011-06-10 2012-12-13 Jeffrey Laporte System and method for augmentation of retail pos data streams with transaction information
JP5800130B2 (ja) * 2011-06-20 2015-10-28 富士電機株式会社 直流電源システム
DE102011051548A1 (de) * 2011-07-04 2013-01-10 Sma Solar Technology Ag Betriebsverfahren für einen Wechselrichter und netzfehlertoleranter Wechselrichter
US20130134785A1 (en) * 2011-11-30 2013-05-30 General Electric Company Single stage power conversion system
EP2651025A1 (en) * 2012-04-10 2013-10-16 ABB Oy 3-level fullbridge NPC inverter assembly for connection to a single phase grid and photovoltaic power plant comprising the same
US8786232B2 (en) * 2012-04-20 2014-07-22 Hamilton Sundstrand Corporation Thermal stress reduction in aircraft motor controllers
US9214874B2 (en) * 2012-07-31 2015-12-15 Yashomani Y. Kolhatkar Intelligent level transition systems and methods for transformerless uninterruptible power supply
KR101351650B1 (ko) * 2012-10-09 2014-01-24 (재) 기초전력연구원 독립적인 mppt 구동을 위한 dc링크 전압 비대칭 제어기법을 갖는 3레벨 태양광 인버터
DE102013202649A1 (de) * 2013-02-19 2014-08-21 Robert Bosch Gmbh Wechselrichteranordnung und Ansteuerverfahren für eine Wechselrichteranordnung
US9941813B2 (en) 2013-03-14 2018-04-10 Solaredge Technologies Ltd. High frequency multi-level inverter
WO2014169089A1 (en) * 2013-04-11 2014-10-16 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for improving pv module fill factor using a voltage clamping circuit
US9209626B2 (en) * 2013-06-25 2015-12-08 Renewable Power Conversion, Inc. Parallelable three-phase photovoltaic power converter
US20150102671A1 (en) * 2013-10-15 2015-04-16 General Electric Company Direct current power transmission system
US9318974B2 (en) 2014-03-26 2016-04-19 Solaredge Technologies Ltd. Multi-level inverter with flying capacitor topology
CN104158429B (zh) * 2014-08-27 2017-04-19 阳光电源股份有限公司 三电平光伏逆变器脉宽调制方法和调制器
US9979322B2 (en) 2016-06-24 2018-05-22 General Electric Company Modulator for a hybrid converter system
US10211672B2 (en) * 2016-10-13 2019-02-19 Schneider Electric It Corporation DC-link bus balancer
DE102016125720A1 (de) 2016-12-27 2018-06-28 Universität der Bundeswehr München Niedervoltauskopplung aus einem modularen Energiespeicher-Umrichtersystem
US10291150B1 (en) * 2017-11-08 2019-05-14 General Electric Company Method and system for operating a phase-leg of a three-level active neutral point clamped converter
US10536094B2 (en) * 2017-11-20 2020-01-14 Solaredge Technologies Ltd. Efficient switching for converter circuit
US10547251B1 (en) 2018-11-15 2020-01-28 General Electric Company Method for shutdown of an active neutral point clamped converter
CN113328647B (zh) * 2020-02-28 2022-07-08 北京金风科创风电设备有限公司 Npc型三电平变流器的控制电路及npc型三电平变流器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1365180A (zh) * 2000-08-31 2002-08-21 台达电子工业股份有限公司 软切换完全桥接电路转换器
US6838925B1 (en) * 2003-10-07 2005-01-04 American Power Conversion Corporation Three level inverter
US20060245216A1 (en) * 2005-04-15 2006-11-02 Rockwell Automation, Inc. DC voltage balance control for three-level NPC power converters with even-order harmonic elimination scheme
US20080112200A1 (en) * 2006-11-10 2008-05-15 Delta Electronics, Inc. Three-level ac generating circuit and control method thereof

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04334976A (ja) * 1991-05-09 1992-11-24 Hitachi Ltd インバータ装置と交流電動機駆動システム
JP3178075B2 (ja) * 1992-04-23 2001-06-18 株式会社日立製作所 電力変換器の制御装置および電気車の制御装置
JP3249380B2 (ja) * 1995-06-13 2002-01-21 株式会社東芝 電力変換装置
BR9907351A (pt) 1999-12-22 2001-08-07 Ericsson Telecomunicacoees S A Método e circuito de controle para retificador do tipo elevador trifásico de três nìveis
US6353547B1 (en) * 2000-08-31 2002-03-05 Delta Electronics, Inc. Three-level soft-switched converters

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1365180A (zh) * 2000-08-31 2002-08-21 台达电子工业股份有限公司 软切换完全桥接电路转换器
US6838925B1 (en) * 2003-10-07 2005-01-04 American Power Conversion Corporation Three level inverter
US20060245216A1 (en) * 2005-04-15 2006-11-02 Rockwell Automation, Inc. DC voltage balance control for three-level NPC power converters with even-order harmonic elimination scheme
US20080112200A1 (en) * 2006-11-10 2008-05-15 Delta Electronics, Inc. Three-level ac generating circuit and control method thereof

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104247246A (zh) * 2012-04-26 2014-12-24 三菱电机株式会社 功率模块及使用该功率模块的三电平功率转换装置
CN104247246B (zh) * 2012-04-26 2017-07-28 三菱电机株式会社 功率模块及使用该功率模块的三电平功率转换装置
CN103516244B (zh) * 2012-06-14 2017-09-08 富士电机株式会社 多级电力变换电路的保护控制系统
CN103516244A (zh) * 2012-06-14 2014-01-15 富士电机株式会社 多级电力变换电路的保护控制系统
CN103546052B (zh) * 2012-07-16 2016-03-16 台达电子工业股份有限公司 多电平电压转换器
CN103546052A (zh) * 2012-07-16 2014-01-29 台达电子工业股份有限公司 多电平电压转换器
US8907716B2 (en) 2012-12-28 2014-12-09 General Electric Company Systems and methods for control of power semiconductor devices
WO2014101075A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 General Electric Company Systems and methods for control of power semiconductor devices
CN104601000A (zh) * 2013-10-31 2015-05-06 通用电气公司 变换器控制器,电能变换系统以及控制方法
CN106921305A (zh) * 2015-12-25 2017-07-04 富士电机株式会社 三电平功率转换电路
CN106921305B (zh) * 2015-12-25 2020-08-25 富士电机株式会社 三电平功率转换电路
CN111404414A (zh) * 2020-03-10 2020-07-10 天津工业大学 一种改进的npc三电平逆变器
CN111404414B (zh) * 2020-03-10 2022-08-02 天津工业大学 一种改进的npc三电平逆变器

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