CN102823122B - 具有第二和第三阶谐波降低滤波器的模块化多级功率转换器 - Google Patents

具有第二和第三阶谐波降低滤波器的模块化多级功率转换器 Download PDF

Info

Publication number
CN102823122B
CN102823122B CN201080066177.1A CN201080066177A CN102823122B CN 102823122 B CN102823122 B CN 102823122B CN 201080066177 A CN201080066177 A CN 201080066177A CN 102823122 B CN102823122 B CN 102823122B
Authority
CN
China
Prior art keywords
storage units
passive energy
energy
filter
passive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201080066177.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102823122A (zh
Inventor
L.哈内福斯
S.诺尔加
A.舒克拉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Energy Co ltd
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Research Ltd Switzerland filed Critical ABB Research Ltd Switzerland
Publication of CN102823122A publication Critical patent/CN102823122A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102823122B publication Critical patent/CN102823122B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters

Abstract

一种用于将DC电压转换成AC电压的装置包括无源电子滤波器(18),无源电子滤波器(18)具有第一储能单元和第二储能单元(9,10)、位于第一储能单元与第二储能单元之间的第三储能单元(19)、连接在第一储能单元和第三储能单元的接点与AC端子之间的第四储能单元(20)和连接在第二储能单元和第三储能单元的接点与AC端子之间的第五储能单元(21)。这些储能单元属于两种不同类型,电容性储能单元和电感性储能单元,它们的值选择成提供对在AC电压的基础频率两倍处和在AC电压的基础频率三倍处的频率分量的降低。

Description

具有第二和第三阶谐波降低滤波器的模块化多级功率转换器
技术领域
本发明涉及具有多级电压输出的功率转换器,其形式为用于将DC电压转换成AC电压以及将AC电压转换成DC电压的装置,包括至少一个相腿,至少一个相腿具有第一电压源和串联连接在第一DC端子与第一AC端子之间的第一无源储能单元,还具有第二无源储能单元以及串联连接在第一AC端子与第二DC端子之间的第二电压源,其中每一个电压源至少包括串联连接的第一子模块和第二子模块,每个子模块包括与至少一个电容器并联连接的至少一个功率电子开关。
背景技术
在本领域中,已知使用多级转换器以便降低电压源转换器输出中的谐波失真。多级转换器是输出电压-或在多相转换器情况下是多个电压-可采用多个离散电平的转换器,如例如可在DE10103031中看到的。
在WO2008/067785中,公开了根据DE10103031的多级转换器,此外,该多级转换器在每个相腿中还包括至少一个电感器以及调节构件以调节流过这些相腿的循环电流,即,在相腿之间闭合而不通过AC端子进入AC电网的电流。
如果循环电流得到控制,如在WO2008/067785中所描述的,则转换器的功率电子开关的电压额定值必须考虑以期望方式调节循环电流所需的额外电压。
还已知的是,向AC电压添加零序列三次谐波。这意味着,在基础频率三倍处的谐波被添加到转换器AC电压参考(voltagereference)上。这种添加降低了转换器的峰值电压,并由此提升了转换器功率的效率。然而,这些谐波在正常情况下不允许在AC电网中,并且因此它们不得不被移除。通常通过使用连接在AC电网与转换器之间的变压器执行这种移除。
然而,在某些情况下关注移除这个变压器。这意味着,不得不以某种其它方式移除零序列三次谐波。
WO2004/017505描述了无需使用变压器而移除这些谐波的一种此类备选解决方案。该文档描述了使用在铁芯周围缠绕并置于转换器与AC电网之间的相导体代替变压器。这个相导体然后对付三次谐波移除。
然而,关注的是组合循环电流的调节与零序列三次谐波移除。这将限制用于单独执行这两个功能的单元数。
发明内容
因此,本发明的目的是提出考虑以期望方式调节循环电流的功率转换器,其中功率半导体开关的所需电压额定值影响尽可能小,同时使用受限数量的转换器单元执行零序列三次谐波移除。
这个目的通过根据权利要求1的装置实现。
根据本发明,如上所述用于将DC电压转换成AC电压以及将AC电压转换成DC电压的装置包括布置在电压源与AC端子之间的无源电子滤波器。无源电子滤波器调整成降低循环电流中的谐波,以及移除零序列三次谐波。
本发明基于对如下事实的认识:最佳地调节循环电流的期望方式降低发生在循环电流中特定频率处的谐波而不是一般地降低循环电流。根据本发明,这还与零序列三次谐波移除组合。发明人所实现的是,在转换器的功率电子开关中的每个开关事件,谐波出现在循环电流中,引起损耗增大。作为最坏情况,循环电流中具有特别高幅度的一些谐波甚至可导致系统不稳定性。如在WO2008/067785中所描述的引入附加电感器帮助获得转换器电路中的通用电流限制,但这样无法避免明显谐波。
通过引入降低或在最佳情况下完全阻断(block)具有最高幅度的谐波的无源电子滤波器,避免了控制功率半导体开关的控制单元看到循环电流的最大干扰分量并将其考虑进去。由此可降低对功率半导体开关的电压额定值的要求。
更靠近看循环电流中的谐波揭示如下内容:一个相腿中两个相模块分支的子模块上的电压纹波之和在其频谱中显示AC电压的基础频率两倍处的主要分量。这个主要频率分量产生循环电流中的寄生谐波分量(也是基础频率两倍)。除非这个分量某种程度上受限,否则将导致损耗增大,甚至可能损失系统稳定性。
因此,根据本发明的一优选实施例,选择电子滤波器的参数,使得AC电压的基础频率两倍处的谐波得到降低,由此,特别是降低循环电流的主要干扰分量。这还与降低基础频率三倍处的谐波组合以便在无需变压器的情况下移除零序列三次谐波。
附图说明
根据如下详细描述结合所附附图,本发明的其它特征和优点对于本领域技术人员将变得更加明显。
图1示出了本领域已知的转换器拓扑;
图2示出了本领域已知的图1的转换器的相腿中电压源的设置;
图3示出了图1和2的转换器中子模块的两个不同实施例;
图4示出了根据本发明具有示意性示出的电子滤波器的转换器的一个相腿;
图5示出了根据第一设计的电子滤波器(该第一滤波器设计未落入权利要求的范围内);
图6示出了根据第四实施例的滤波器的等效共模实现;
图7示出了根据第四实施例的滤波器的等效差模实现;
图8示出了根据第二设计的电子滤波器(该第二滤波器设计未落入权利要求的范围内);
图9示出了根据本发明第一实施例的电子滤波器;
图10示出了根据本发明第二实施例的电子滤波器;
图11示出了根据第三设计的电子滤波器(该第三滤波器设计未落入权利要求的范围内);
图12示出了根据第四发明的电子滤波器(该第四滤波器设计未落入权利要求的范围内);以及
图13示出了根据本发明第三实施例的电子滤波器。
具体实施方式
根据本发明用于将DC电压转换成AC电压以及将AC电压转换成DC电压的装置可含有单个相腿或多个相腿,这取决于AC电压具有多少相。图1示出了本领域已知的三相转换器。图1中该装置的三相腿1、2和3各包括两个串联连接的所谓臂:连接到在正电压电平的第一DC端子4的正上臂和连接到在零或负电压电平的第二DC端子5的负下臂。每个正臂包括串联连接的上电压源Uvpi和第一无源储能单元,这里形式分别为电感器9、11或13,并且每个负臂包括第二无源储能单元以及下电压源Uvni(其中i代表对应相腿数),第二无源储能单元这里形式也分别为电感器10、12或14。每个相腿的第一储能单元与第二储能单元之间的中点或连接点各分别连接到AC端子6、7或8。所有相腿彼此并联连接,并连接到两个DC端子4和5。通过随着时间适当地控制相腿的电压源,进行AC到DC转换。
如图2中示出的,每个电压源由串联连接的一串子模块15构成,其中至少两个子模块15包含在一个此类串中。
在图3中,可看到子模块15的两个不同实施例15a和15b,它们在本领域是已知的。子模块的任何组合在每个电压源内都是可能的。子模块具有换流单元(commutationcell)的形式,每个换流单元包括两个阀和阻止直流电压的大DC电容器。主阀配备有具有关断能力的功率电子开关16,并且在与该开关的反并联连接中配备有续流二极管。根据两个功率电子开关16中哪个导通,对应的子模块可采用两个开关状态之一,其中在状态1将零电压应用于输出端或在状态2电容器将电压应用于输出端。
根据本发明,根据图1到3的转换器附加地在每个相腿中配备有无源电子滤波器,如在图4中对于相腿1所描绘的。在图4中,滤波器18显示为虚线框。该滤波器包含三个端子,第一端子耦合到第一电压源和第一DC端子4,第二端子耦合到第二电压源和第二DC端子5,并且最后第三端子连接到转换器的AC端子6。如在图4中可看到的,第一无源储能单元和第二无源储能单元包含在无源滤波器中。
图5示出了滤波器18的第一设计。然而,该第一滤波器设计并未落入本发明的范围内。在第一无源储能单元与第二无源储能单元9与10之间(它们在此都是具有电感Lh的电抗器),这里提供有第三无源储能单元19,在这个第一实施例中形式为具有电容Cp的电容器。由此与第一储能单元和第二储能单元串联提供这个第三无源储能单元19。
此外,存在第四储能单元20,具有两端,第一端连接到第一储能单元9与第三储能单元19之间的接点,并且第二端连接到AC端子6。第四储能单元20在此是具有电感Lv的电感器。此外,存在第五储能单元21,具有两端,第一端连接到第二储能单元10与第三储能单元19之间的接点,并且第二端连接到AC端子6。第五储能单元21在此设计中也是具有电感Lv的电感器。如在图5中可看到的,该滤波器包含两种类型的无源储能单元,电感性储能单元和电容性储能单元。显然,第三储能单元19属于其中一种类型,这里是电容性储能单元,而第四和第五储能单元20和21属于另一种类型,这里是电感性储能单元。此外,在图5中,存在与第四储能单元20并联的第一另外储能单元22。这个第一另外储能单元属于不同于第四储能单元的另一类型,并且这里是具有电容Cv的电容性储能单元。还存在与第五储能单元21并联的第二另外储能单元23。这个第二另外储能单元属于不同于第五储能单元的另一类型,并且这里也是具有电容Cv的电容性储能单元。由于滤波器包含两种类型的无源储能单元,因此清楚的是,提供与一个或多个频率相关的滤波。可容易观察到的另一特征是,存在经由第一储能单元9以及第四储能单元与第一另外第四储能单元20和22的并联连接而从第一DC端子到AC端子提供的第一路径以及经由第二储能单元10以及第五储能单元与第二另外储能单元21和23的并联连接而从第二DC端子到AC端子提供的第二路径。这些路径而且是对称的,这意味着它们中的滤波器单元按相同顺序以相同类型提供,并且在第一路径和第二路径中具有相同值。如上面所指示的,每个路径包含两种类型无源储能单元的并联连接。
如上面所提到的,该滤波器具有与一个或多个频率相关的滤波属性。现在将更详细描述这种滤波。
图5中的符号具有如下含义:
uvp/n:分别在正臂或负臂中的电压源的电压;
ivp/n:正/负臂中的电流;
iv:在AC端子的输出电流;
uf:在AC端子的电压(AC电压);
up:第三储能单元两端的电压;
ip:通过第三储能单元的电流;
Lh:第一储能单元和第二储能单元的电感;
Cp:第三储能单元的电容;
Lv:第四储能单元和第五储能单元的电感;
Cv:第一另外储能单元和第二另外储能单元的电容。
在下文描述了,在描绘的相1中如何选择电子滤波器的参数以便降低循环电流中干扰最大的谐波,干扰最大的谐波发生在基础频率的两倍处,连同降低零序列三次谐波,零序列三次谐波出现在基础频率的三倍处。
当以这种方式组合移除在基础频率两倍和三倍处的谐波时,所关注的是研究转换器电压的共模和差模,其中:
其中uvp是正DC端子的电压,uvn是负DC端子的电压,uv是共模分量,并且uc是差模分量。
在基础频率三倍处的谐波出现在共模分量uv中,而在基础频率两倍处的谐波出现在差模分量uvc中。
由于对称,共模分量uv不驱动任何电流通过第三储能单元19,这是因为这个单元19每侧上的电势都受这个分量同样的影响。当考虑共模分量的影响时,这允许移除这个单元。由此将图5中的电路简化成上面提到的两个并联路径,并且这可简化成图6中所示的共模情况的等效电路图。这里存在电容2Cv与电感Lh/2并联连接的并联LC电路,该并联电路然后与电感Lv/2串联连接。图6中的这个电路应该调谐成阻断三次谐波分量。这表明:
该并联连接的电容由此与该并联连接的电感成反比,其中电容的倒数等于基础频率相关常数乘以电感。还可看到,该常数是基础频率的平方乘以作为数3的倍数的因子,并且这里是数3的3倍,并且这里还是3的2次幂。
如果然后考虑差模分量uvc,则可看到,由于对称,这个分量不影响AC端子的电压uf,并因此不影响电网电流iv,而仅影响循环电流ic。这意味着,当研究差模电压uvc的影响时,可断开电网接口,即AC端子6。这表明,使第三另外储能单元和第一另外储能单元20和22以及第四另外储能单元和第二另外储能单元21和23所构成的两个并联连接与第一和第二储能单元9和10串联。图7中示出了这个差模中滤波器的等效电路,其中可以看到,在正差模电压uvc与接点之间连接有电感2Lh。此外,还存在电容Cv/2、电感2Lh和电容Cp的并联连接。这些全都在同一接点与负差模电压-uvc之间彼此并联连接。为了阻断二次谐波分量,该并联连接应该设置为:
在等式(3)中使用等式(2),这可简化成:
可以看到,第三储能单元的值与第四储能单元和第五储能单元的值成反比。此外,第三储能单元的值的倒数等于基础频率相关常数乘以第四储能单元和第五储能单元的值,其中这个常数包含基础频率的平方乘以作为2的倍数的因子,该倍数在此情况下是36。可关于等式(2)和(3)进行的一个观察是,在降低在基础频率两倍处的分量时涉及第三、第四和第五储能单元,而第四、第五、第一另外和第二另外储能单元用于降低在基础频率三倍处的分量。
在此,如果在滤波器中不执行三次谐波阻断,则可能还受关注的是:比较等式(4)与Cp的选择。这个情形对应于Cv=0的设置。因此,如果在等式2中将Cv设置成0,则根据获得Cp的值,该值比在等式(4)中大80%。
用这种方式,第一滤波器设计(其并未落入权利要求的范围)由此提供滤波器,其阻断或降低在基础频率两倍和三倍处的频率。因此,在基础频率两倍处的这个分量从循环电流中移除,这由此降低了循环电流。此外,该第一滤波器设计还移除了在基础频率三倍处的分量,这因此允许零序列三次谐波移除,而无需使用变压器。这两种类型的谐波分量移除还使用有关这两个分量的一些储能单元,其中在此在这个双通道(dualway)中使用第四储能单元和第五储能单元。由于这个双重功能性,还有可能缩小第三储能单元的大小。这意味着,该滤波器非常经济。
当对基础频率三倍处的谐波提供滤波时,存在一些可能需要考虑的细节。对于零序列三次谐波电流到电网中的低注入的要求可能比对于从循环电流中降低在基础频率两倍处的谐波分量的要求更严格。由于总是存在与电感器和电容器的参数值相关联的容差,如在此情况下由制造商规定的,因此可能有必要引入在线调谐工具给一些储能单元,例如在阻断二次谐波中涉及的储能单元。可能还有必要调谐滤波器以便跟踪电网频率的改变。在此有可能给电感器提供抽头改变器。
取图5中的滤波器作为示例。这里,有可能向第四储能单元和第五储能单元20和21提供具有适当选择的步数和步长大小的抽头改变器。作为一个备选,还有可能使第一另外储能单元和第二另外储能单元22和23可变,例如通过使用电容器组,可通过电路断路器和/或开关半导体以适当选择的步长修改电容器组的电容。
当以上面描述的方式使储能单元可调时,提供有两个并联可变单元,从DC端子到AC端子的每个路径中一个。这里应该认识到,可能有利的是,在滤波器中仅有一个这种可变储能单元,因为那样的话更容易控制有关两个路径的同一变化的提供。图8中第二滤波器设计中示出了关于这方面的示例。然而,该第二滤波器设计并未落入本发明的范围。仅有的不同于第一滤波器设计的单元在此是第三储能单元和附加储能单元。否则,所有单元都属于同一类型,并在与第一设计中相同的位置提供。这里,第三储能单元已经被分成同一类型即电容性的两个储能单元19a和19b。而且已经删除了第二另外储能单元,同时第一另外储能单元22可调,并且在第一端连接到第三储能单元的中点,而在相反的第二端连接到AC端子6。这里,第三储能单元的中点被提供为由分裂引起的两个储能单元19a与19b之间的接点。这个滤波器以与根据第一设计的滤波器相同的方式起作用,但滤波器值可被调整,并且这里仅通过调整一个储能单元。然而,电容器值Cv和Cp的选择将不同于第一设计中的。
如上面所提到的,可能关注使用转换器而无需变压器。这种变压器然后不仅用于移除零序列三次谐波。它还充当DC阻断单元,即它阻止出现在相腿中的DC分量到达AC电网。如果不使用变压器,则不得不将以另一种方式移除或阻断这些DC分量。
根据本发明,滤波器除了降低在基础频率两倍和三倍处的谐波,还可充当DC阻断滤波器。
图9中示出了提供这个三重功能性的根据本发明第一实施例的滤波器。图9由此示出了根据本发明第一实施例的滤波器,具有第一储能单元9'、第二储能单元10'、第三储能单元19、第四储能单元20、第五储能单元21、第一另外储能单元22和第二另外储能单元23,它们所在的位置与第一滤波器设计中的对应单元相同。这里,第三储能单元、第四储能单元、第五储能单元、第一另外储能单元和第二另外储能单元是在与第一设计中并在图5中示出的相同位置处相同类型的相同单元。然而,第一储能单元和第二储能单元9'和10'是电容性而非电感性的。而且没有电感性或电阻性单元与它们并联。它们因此将阻止出现在相腿中的任何DC分量到达AC端子。
图10中示出了提供三个功能的另一变型。在图10示出了根据本发明第二实施例的滤波器。这个滤波器包含第一滤波器设计的第一储能单元和第二储能单元9、10。由此它们属于同一类型,并位于与图5中相同的位置。然而,第三储能单元、第四储能单元和第五储能单元19'、20'和21'属于与第一设计相反的类型。这意味着,第三储能单元是具有电感Lp的电感性单元,而第四储能单元和第五储能单元是具有电容Cv的电容性单元。另外储能单元25和26在此是具有电容Cp的电容性单元,并与第一储能单元和第二储能单元9和10并联提供。滤波器在此包含两种类型单元(电感性和电容性)的两个并联连接,通过第一储能单元和第二储能单元9和10与相反类型的相应另外单元25和26并联连接。这些并联连接在此提供三次谐波滤波。二次谐波滤波再次由第三储能单元、第四储能单元和第五储能单元执行。在此,第四储能单元和第五储能单元20'和21'还具有提供DC阻断的附加功能。在这个滤波器中,有可能使用如上面所描述的有关第一滤波器设计的类似差模和共模分析确定第三储能单元、第四储能单元、第五储能单元和附加储能单元的值。然后,可根据设置另外储能单元25的电容器值,并且可根据设置第四和第五储能单元20'和21'的值。由此,电容器值Cv和Cp的选择不同于第一滤波器设计中的。
图11中示出了提供三个功能的另一变型。在图11中示出了根据第三设计的滤波器,该滤波器并未落入权利要求的范围内。该滤波器基于根据第一滤波器设计的滤波器。该滤波器因此包含第一滤波器设计的第一储能单元、第二储能单元、第三储能单元、第四储能单元、第五储能单元、第一另外储能单元和第二另外储能单元9、10、19、20、21、22和23。该滤波器由此在与图5相同位置包含相同类型的相同单元。除此之外,该滤波器包含第六无源储能单元27(其是电容性的)并且在一端连接到第四储能单元和第五储能单元20和21的第二端,在第二端连接到AC端子6。这个第六无源储能单元27由此充当DC阻断单元并具有电容CDBC
图12中示出了根据第四设计的又一变型,其并未落入权利要求的范围。这个变型基于第二滤波器设计。它由此具有相同类型的相同单元,并在与图8中相同的位置提供相同类型的相同单元。除此之外,它还具有与第三滤波器设计中相同类型的DC阻断单元,即,相对于其余滤波器单元放在与图11中相同位置的DC阻断单元27。由于第四滤波器设计基于第二滤波器设计,因此电容器值CV和CP的选择将不同于第一滤波器设计中的。
最后图13中示出了根据本发明第三实施例的另一变型。这个滤波器基于根据第二实施例的滤波器。它以与第二实施例中相同的方式包含第一储能单元、第二储能单元、第三储能单元、第四储能单元和第五储能单元9、10、19'、20'和21'。因而,这些滤波器单元在与图10相同的位置属于相同类型,其中第三单元、第四单元和第五单元在基础频率两倍处提供频率分量降低,并且第四单元和第五单元还提供了DC阻断。通过提供具有电感L3h的电感器28和具有电容C3h的电容器29的附加并联连接,滤波器在此还在DC端子与AC端子之间的路径中仅包含两种类型单元(电感性单元和电容性单元)的一个并联连接。在此,在AC端子6与在并联的第四储能单元与第五储能单元20'和21'之间的接点之间串联地提供这个附加并联连接。电容器值Cv和Cp的选择在此还将不同于第一滤波器设计中的。
本发明具有许多优点。它阻断循环电流,而无需求助于通过控制电压源来移除电流。这与移除零序列三次谐波组合。用这种方式,无需变压器。在此,在两种类型的滤波中可涉及某种滤波器单元。由此,可存在对滤波器单元的双重使用。这减少了所需的滤波器单元数量,还允许这种滤波器单元相比仅在基础频率两倍处滤波的滤波器大小缩减。这与阻止DC分量到达电网相组合,如果在电网与电压源转换器之间没有变压器,则这也是一个优点。在本发明的一些变型中,滤波器单元可组合DC阻断与频率滤波功能,其甚至还提供节能。在用于执行同一功能的两个路径中使用两个电感器还降低了由电感器的内部电阻引起的损耗。这是由于如下事实:每个路径仅取一半电网电流而全电网电流将通过位于电网接口的电感器。
最后应该提到,这些单元值Cv、Cp、Lv、Lp等在附图中用于指示存在与位置单元相关联的值。不打算指相同位置中的相同类型单元在不同实施例中具有相同值。这些值通常情况下将彼此不同。

Claims (16)

1.用于将DC电压转换成AC电压以及将AC电压转换成DC电压的装置,包括至少一个相腿(1,2,3),每个相腿具有串联连接在第一DC端子(4)与第一AC端子(6)之间的第一(Uvp1,Uvp2,Uvp3)电压源和第一无源储能单元(9,11,13;9')以及串联连接在第一AC端子(6)与第二DC端子(5)之间的第二无源储能单元(10,12,14;10')和第二(Uvn1,Uvn2,Uvn3)电压源,其中每一个所述电压源至少包括串联连接的第一子模块和第二子模块(15),每个子模块(15)包括至少两个功率电子开关(16)和至少一个电容器(17),其中所述至少两个功率电子开关(16)中的至少一个和所述至少一个电容器(17)形成串联连接,所述串联连接与所述至少两个功率电子开关(16)中的至少另一个并联连接;包括无源储能单元的无源电子滤波器(18)布置在第一电压源和第二电压源与第一AC端子之间,所述滤波器包括所述第一无源储能单元和第二无源储能单元;串联连接在第一无源储能单元与第二无源储能单元之间的第三无源储能单元(19;19';19a,19b);具有两端、第一端连接到第一无源储能单元与第三无源储能单元之间的接点并且第二端耦合到所述AC端子的第四无源储能单元(20;20')以及具有两端、第一端连接到第二无源储能单元与第三无源储能单元之间的接点并且第二端耦合到所述AC端子的第五无源储能单元(21;21'),其中所述无源储能单元包括两种不同类型的单元,电容性储能单元和电感性储能单元,其值选择成提供对所述AC电压的基础频率三倍处的频率分量的降低,其特征在于,所述无源储能单元包括其值选择成提供对所述AC电压的基础频率两倍处的频率分量的降低的单元,以及
所述滤波器的至少一个电容性储能单元(20'21';9',10';27)是用于阻止DC分量到达所述AC端子的DC阻断单元。
2.如权利要求1所述的装置,其中第三无源储能单元属于所述类型的其中一种,并且第四无源储能单元和第五无源储能单元属于另一种类型。
3.如权利要求1或2所述的装置,其中在所述基础频率三倍处提供滤波的所述无源储能单元包含所述两种类型的单元的至少一个并联连接,其中所述DC端子与所述AC端子之间的每个路径都包含这种并联连接。
4.如权利要求3所述的装置,其中通过第一无源储能单元和第二无源储能单元提供这种并联连接,第一无源储能单元和第二无源储能单元与相反类型的相应另外单元(25,26)并联连接以便提供两个并联连接。
5.如权利要求3所述的装置,其中所述滤波器的所述第四无源储能单元(20)和所述第五无源储能单元(21)中的至少一个是帮助在所述AC电压的所述基础频率的两倍处和三倍处滤波的组合滤波单元。
6.如权利要求5所述的装置,其中通过不同于第四无源储能单元和第五无源储能单元的另一类型的至少一个另外无源储能单元(22)提供这种并联连接,至少一个另外无源储能单元(22)连接在与第四无源储能单元并联提供的分支中。
7.如权利要求6所述的装置,其中所述另外无源储能单元(22)还连接在与第五无源储能单元并联且连接到第三无源储能单元(19a,19b)的中点的分支中。
8.如权利要求6所述的装置,其中提供有与第四无源储能单元并联的第一另外无源储能单元(22)和与第五无源储能单元并联的第二另外无源储能单元(23)。
9.如权利要求3所述的装置,其中通过所述电容类型的一个另外单元(29)与所述电感类型的一个另外单元(28)的并联连接提供所述并联连接,它们耦合在将第四无源储能单元和第五无源储能单元接合到所述AC端子的公共连接中。
10.如权利要求3所述的装置,其中这种并联连接的一个无源储能单元的值与所述并联连接的另一个无源储能单元的值成反比,其中所述一个无源储能单元的所述值的倒数等于基础频率相关常数乘以所述另一个无源储能单元的值,其中所述常数包含所述基础频率的平方乘以作为3的倍数的因子。
11.如权利要求1或2所述的装置,其中在滤波器分段中提供第三无源储能单元、第四无源储能单元和第五无源储能单元,所述滤波器分段在所述AC电压的所述基础频率两倍处提供滤波。
12.如权利要求11所述的装置,其中第三无源储能单元的值与第四无源储能单元和第五无源储能单元的值成反比,其中第三无源储能单元的值的倒数等于基础频率相关常数乘以第四无源储能单元和第五无源储能单元的值,其中所述常数包含所述基础频率的平方乘以与2的倍数相关的因子。
13.如述权利要求1或2所述的装置,其中在所述基础频率两倍处提供滤波的所述单元中的至少一个是可调整的。
14.如权利要求1或2所述的装置,其中所述滤波器的至少一个所述无源储能单元是组合的DC阻断和在所述基础频率两倍处的频率滤波单元。
15.如权利要求14所述的装置,其中第四无源储能单元和第五无源储能单元(20',21')是电容性的,并用作DC阻断单元。
16.如权利要求1或2所述的装置,其中第一无源储能单元和第二无源储能单元(9',10')是电容性的,并用作DC阻断单元。
CN201080066177.1A 2010-04-15 2010-04-15 具有第二和第三阶谐波降低滤波器的模块化多级功率转换器 Active CN102823122B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2010/054997 WO2011127983A1 (en) 2010-04-15 2010-04-15 Modular multi -level power converter with second and third order harmonics reduction filter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102823122A CN102823122A (zh) 2012-12-12
CN102823122B true CN102823122B (zh) 2016-01-20

Family

ID=43661936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080066177.1A Active CN102823122B (zh) 2010-04-15 2010-04-15 具有第二和第三阶谐波降低滤波器的模块化多级功率转换器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8564981B2 (zh)
EP (1) EP2559143B1 (zh)
CN (1) CN102823122B (zh)
WO (1) WO2011127983A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012202173B4 (de) * 2012-02-14 2013-08-29 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb eines mehrphasigen, modularen Multilevelstromrichters
US9467111B2 (en) * 2012-06-29 2016-10-11 Audyssey Laboratories Operator adjustable full-bandwidth audio spectral shifting control with a simple listener interface
CN104283432B (zh) 2013-07-03 2017-12-26 通用电气公司 联合共模电压注入系统和方法
US9231492B2 (en) * 2014-01-06 2016-01-05 General Electric Company System and method of power conversion
FR3039940B1 (fr) * 2015-08-03 2017-08-11 Inst Supergrid Capacite virtuelle
EP3300470A1 (de) * 2016-09-22 2018-03-28 Siemens Aktiengesellschaft Umrichter

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2397445A (en) * 2003-01-14 2004-07-21 Alstom Power transmission circuits
CN101577501A (zh) * 2008-05-06 2009-11-11 西门子公司 用于传输电功率的装置

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1010331B (de) 1953-06-11 1957-06-13 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Spiralfeder
US5210685A (en) * 1985-03-08 1993-05-11 Westinghouse Electric Corp. Uninterruptible power supply system and load transfer static switch for such a system
US5003455A (en) * 1990-08-14 1991-03-26 Polyspede Electronics Corporation Circuitry and method for controlling the firing of a thyristor
JP2774685B2 (ja) * 1990-09-12 1998-07-09 株式会社東芝 3相変圧器の直流偏磁抑制制御を備えたインバータ制御装置
US5414612A (en) 1993-08-03 1995-05-09 Asea Brown Boveri Ab HVDC transmission with a converter connected between an AC voltage and a DC link common to the converters
SE520786C2 (sv) * 1997-03-24 2003-08-26 Abb Ab Anläggning för överföring av elektrisk effekt
SE513846C2 (sv) * 1999-03-29 2000-11-13 Abb Ab VSC-strömriktare
DE10103031B4 (de) 2001-01-24 2011-12-01 Siemens Ag Stromrichterschaltung mit verteilten Energiespeichern und Verfahren zur Steuerung einer derartigen Stromrichterschaltung
DE10217889A1 (de) * 2002-04-22 2003-11-13 Siemens Ag Stromversorgung mit einem Direktumrichter
SE525546C2 (sv) 2002-08-16 2005-03-08 Abb Ab Anläggning för överföring av elektrisk effekt samt ett förfarande för drift av en sådan anläggning
US7502238B2 (en) * 2005-03-31 2009-03-10 Rockwell Automation Technologies, Inc. Rectifier for reducing current harmonics from unbalanced source
JP4811917B2 (ja) * 2005-12-27 2011-11-09 三菱電機株式会社 電力変換装置
US7485987B2 (en) * 2006-02-23 2009-02-03 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Power converting device
ES2369291T3 (es) 2006-12-08 2011-11-29 Siemens Aktiengesellschaft Dispositivo para la transformación de una corriente eléctrica.
US7848121B2 (en) * 2007-05-14 2010-12-07 Honeywell International Inc. Advanced matrix converter and method for operation
US8345457B2 (en) 2007-09-05 2013-01-01 Abb Technology Ag Voltage source converter for high voltage direct current power transmission
CN101911463B (zh) * 2008-01-08 2013-09-04 Abb技术有限公司 用于控制电压源转换器的方法和电压转换设备
EP2266198B1 (en) * 2008-03-20 2017-05-31 ABB Research Ltd. A voltage source converter
US8665617B2 (en) 2008-06-12 2014-03-04 Abb Technology Ag Plant for transmitting electric power
KR101320214B1 (ko) * 2008-11-21 2013-10-21 에이비비 테크놀로지 아게 멀티레벨 전압 출력 및 고조파 필터를 갖는 전력 변환기
US8711591B2 (en) * 2010-05-11 2014-04-29 Abb Research Ltd. AC/DC converter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2397445A (en) * 2003-01-14 2004-07-21 Alstom Power transmission circuits
CN101577501A (zh) * 2008-05-06 2009-11-11 西门子公司 用于传输电功率的装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011127983A1 (en) 2011-10-20
US20130027995A1 (en) 2013-01-31
EP2559143A1 (en) 2013-02-20
US8564981B2 (en) 2013-10-22
CN102823122A (zh) 2012-12-12
EP2559143B1 (en) 2014-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101119323B1 (ko) 병렬 다중 매트릭스 컨버터 장치
CN102823122B (zh) 具有第二和第三阶谐波降低滤波器的模块化多级功率转换器
US8144488B2 (en) Voltage source converter station
KR102258463B1 (ko) 변압 장치
US20130070491A1 (en) Interface arrangement between ac and dc systems including filter at transformer neutral point
Kish et al. Modeling techniques for dynamic and steady-state analysis of modular multilevel DC/DC converters
CN104167912A (zh) 一种具备零直流电压故障穿越能力的mmc及其设计方法
CN103620935A (zh) 双向dc-dc变换器
KR101320214B1 (ko) 멀티레벨 전압 출력 및 고조파 필터를 갖는 전력 변환기
Nasiri Avanaki et al. Reduced switch‐count structure for symmetric multilevel inverters with a novel switched‐DC‐source submodule
CN105470963B (zh) 一种有源电力滤波器及其控制方法
US7016205B2 (en) Ripple-current reduction schemes for AC converters
EP2755317A1 (en) Voltage source converter comprising a chain-link converter
EP3726722A1 (en) Interleaved power converter
GB2397445A (en) Power transmission circuits
EP4147339A1 (en) Electrical power converter
Adam et al. Multi‐tasking dc–dc and dc–ac converters for dc voltage tapping and power control in highly meshed multi‐terminal HVDC networks
WO2011127984A1 (en) Modular multi -level power converter with harmonics reduction and dc blocking filter
CN114731047B (zh) 变压器布置
CN114553043A (zh) 一种微型逆变器
Lüth et al. A DC/DC converter suitable for HVDC applications with large step-ratios
CN103051267A (zh) 基于模块化多电平变流器的自并励励磁系统
JP2016226224A (ja) モジュラーマルチレベル変換器
CN202713161U (zh) 转换器系统
Suresh et al. Design and Analysis of Hybrid CMC DSTATCOM Control Topology for Mitigation of Load Current Harmonics

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20191205

Address after: Baden, Switzerland

Patentee after: ABB Switzerland Co.,Ltd.

Address before: Zurich

Patentee before: ABB RESEARCH Ltd.

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210707

Address after: Baden, Switzerland

Patentee after: ABB grid Switzerland AG

Address before: Baden, Switzerland

Patentee before: ABB Switzerland Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Swiss Baden

Patentee after: Hitachi energy Switzerland AG

Address before: Swiss Baden

Patentee before: ABB grid Switzerland AG

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240114

Address after: Zurich, SUI

Patentee after: Hitachi Energy Co.,Ltd.

Address before: Swiss Baden

Patentee before: Hitachi energy Switzerland AG