CN104104236A - 多电平逆变器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种具有高效结构的多电平逆变器，所述多电平逆变器包括：模块化移相变压器，其包括多个模块以通过接收三相输入电压来提供移相电压；多个第一组电力单元组件，其被配置为通过从多个模块中的任一模块接收对应于第一相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压；多个第二组电力单元组件，其被配置为通过从多个模块中的任一模块接收对应于第二相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压；多个第三组电力单元组件，其被配置为通过从多个模块中的任一模块接收对应于第三相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压。

Description

多电平逆变器
技术领域
符合本公开的示例性实施例的教义一般地涉及多电平逆变器，且更特别地，涉及被配置为使用电力单元组件的多电平中压逆变器。
背景技术
一般地，多电平中压逆变器是具有其有效值（均方根）为超过600V的线间电压的输入电力的逆变器，并具有若干级输出相电压。对于非限制性的示例，多电平中压逆变器通常用于驱动风机、泵、压缩机、牵引机、起重机和输送机的范围从几千瓦到数兆瓦容量的大惯量的工业负载。
多电平逆变器的一种形式是级联H桥（CHB）逆变器架构，其采用用于驱动电机各相绕组的多个串联H桥逆变器，或从CHB逆变器转换的级联NCP（中性点钳位）逆变器。最近使用的NCP逆变器由于其较小的尺寸而优于传统的串联CHB逆变器。广泛用于各种领域的多电平逆变器需要更高的效率和较少数量的元件的拓扑结构。
发明内容
本公开提供一种多电平逆变器，其被配置为具有较高效率的结构。
在本公开的一个总体方案中，提供了一种多电平逆变器，所述多电平逆变器包括：
模块化移相变压器，其包括多个模块以通过接收三相输入电压来提供移相电压；
多个第一组电力单元组件，其被配置为通过从多个模块中的任一模块接收对应于第一相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压；
多个第二组电力单元组件，其被配置为通过从多个模块中的任一模块接收对应于第二相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压；
多个第三组电力单元组件，其被配置为通过从多个模块中的任一模块接收对应于第三相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压；其中，第一组电力单元组件中的其中一个电力单元组件、第二组电力单元组件中的其中一个电力单元组件和第三组电力单元组件中的其中一个电力单元组件配对以提供相同相位的输出电压。
优选地，但非必须地，模块化移相变压器可以包括：第一模块，其被配置为通过接收三相输入电压，来提供经由初级绕组和次级绕组移相后的第一相位电压；第二模块，其被配置为通过接收三相输入电压，来提供经由用于对与所述第一模块不同地预定的相位进行偏移的初级绕组和次级绕组移相后的第二相位电压；以及第三模块，其被配置为通过接收三相输入电压，来提供经由用于对与所述第一模块和所述第二模块不同地预定的相位进行偏移的初级绕组和次级绕组移相后的第三相位电压。
优选地，但非必须地，所述第二模块的所述初级绕组是三相星形连接，而所述第二模块的所述次级绕组是预定的三相连接，且所述第一模块和所述第三模块的所述初级绕组中的每一个初级绕组具有绝对值相等的相位值且缠绕成具有正相位和负相位。
优选地，但非必须地，第一模块至第三模块可以被配置为对称的。
优选地，但非必须地，所述多个第一组电力单元组件包括第一电力单元组件至第三电力单元组件，该第一电力单元组件至第三电力单元组件被配置为通过接收对应于所述第二相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压；所述多个第二组电力单元组件包括第四电力单元组件至第六电力单元组件，该第四电力单元组件至第六电力单元组件被配置为通过接收对应于所述第三相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压；以及所述多个第三组电力单元组件包括第七电力单元组件至第九电力单元组件，该第七电力单元组件至第九电力单元组件被配置为通过接收对应于所述第三相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压；其中，所述第一组电力单元组件至第三组电力单元组件中的其中一个电力单元组件、所述第四组电力单元组件至第六组电力单元组件中的其中一个电力单元组件以及所述第七组电力单元组件至第九组电力单元组件中的其中一个电力单元组件配对以提供相同相位的输出电压。
优选地，但非必须地，所述第一电力单元组件包括：整流器，其被配置为通过接收所述第一相位电压的第一相而提供经整流的第一整流电压；整平单元，其被配置为通过接收由所述整流器整流后的所述第一整流电压来给互不相同的第一节点至第三节点提供电平互不相同的电压；以及逆变器单元，其由多个用于传送由所述整平单元提供的三个电平的电压的开关构成，其中，逆变器单元包括：第一开关单元，其插置在所述第一节点和第一输出端之间；第二开关单元，其插置在所述第二节点和所述第一输出端之间；第三开关单元，其插置在所述第三节点和所述第一输出端之间；第四开关单元，其插置在所述第一节点和第二输出端之间；第五开关单元，其插置在所述第二节点和所述第二输出端之间；以及第六开关单元，其插置在所述第三节点和所述第二输出端之间。
优选地，但非必须地，第一开关单元至第六开关单元可以包括功率半导体器件和二极管。
优选地，但非必须地，所述第二开关单元包括第一二极管，其具有从所述第二节点至所述第一输出端的电流方向性；第一功率半导体器件，其具有反向于所述第一二极管的电流方向性的电流方向性；第二二极管，其具有反向于所述第一二极管的电流方向性的电流方向性并串联至所述第一二极管；以及第二功率半导体器件，其具有反向于所述第一功率半导体器件的电流方向性的电流方向性并连接所述第二二极管的一侧至所述第二二极管的另一侧。
优选地，但非必须地，第一开关单元可以包括：第一二极管，其具有从第一输出端至第一节点的电流方向性；以及第一功率半导体器件，其具有反向于第一二极管的电流方向性的电流方向性并将第一二极管的一侧连接至另一侧。
优选地，但非必须地，第三开关单元可以包括：第二二极管，其具有从第三节点至第一输出端的电流方向性；以及第二功率半导体器件，其具有反向于第二二极管的电流方向性的电流方向性并将第二二极管的一侧连接至另一侧。
优选地，但非必须地，第五开关单元可以包括：第一二极管，其具有从第二节点至第二输出端的电流方向性；第一功率半导体器件，其具有反向于第一二极管的电流方向性的电流方向性并将第一二极管的一侧连接至另一侧；第二二极管，其具有反向于第一二极管的电流方向性的电流方向性并串联至第一二极管；以及第二功率半导体器件，其具有反向于第一功率半导体器件的电流方向性的电流方向性并将第二二极管的一侧连接至另一侧。
优选地，但非必须地，第四开关单元可以包括：第一二极管，其具有从第二输出端至第一节点的电流方向性；以及第一功率半导体器件，其具有反向于第一二极管的电流方向性的电流方向性并将第一二极管的一侧连接至另一侧。
优选地，但非必须地，第六开关单元可以包括：第二二极管，其具有从第三节点至第二输出端的电流方向性；以及第二功率半导体器件，其具有反向于第二二极管的电流方向性的电流方向性并将第二二极管的一侧连接至另一侧。
优选地，但非必须地，整平单元可以包括串联连接的第一电容器和第二电容器，其中，第一电容器和第二电容器接收从一侧到另一侧的第一整流电压，且其中，第一电容器和第二电容器的一侧节点、共用节点和另一侧节点分别是第一节点至第三节点。
优选地，但非必须地，所述整流器包括：第一二极管和第二二极管，其连接所述第一电容器和所述第二电容器的一侧和另一侧，并通过共用节点接收所述第一相位电压的第一相电压；第三二极管和第四二极管，其连接所述第一电容器和所述第二电容器的一侧和另一侧，并通过共用节点接收所述第一相位电压的第二相电压；以及第五二极管和第六二极管，其连接所述第一电容器的一侧和另一侧，并通过共用节点接收所述第一相位电压的第三相电压。
在本公开的另一个总体方案中，提供了一种多电平逆变器，所述多电平逆变器包括：
模块化移相变压器，其包括：第一模块，所述第一模块被配置为通过接收三相输入电压，来提供经由初级绕组和次级绕组移相后的第一相位电压；第二模块，其被配置为通过接收三相输入电压，来提供经由用于对与所述第一模块不同地预定的相位进行偏移的初级绕组和次级绕组移相后的第二相位电压；以及第三模块，其被配置为通过接收三相输入电压，来提供经由用于对与所述第一模块和所述第二模块不同地预定的相位进行偏移的初级绕组和次级绕组移相后的第三相位电压；以及第四模块，其被配置为通过接收三相输入电压，来提供使用用于对与所述第一模块至第三模块不同地预定的且同样多的相位进行偏移的初级绕组和次级绕组移相后的第四相位电压；第一电力单元组件至第三电力单元组件，其被配置为通过接收对应于第一相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压；第四电力单元组件至第六电力单元组件，其被配置为通过接收对应于第二相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压；第七电力单元组件至第九电力单元组件，其被配置为通过接收对应于第三相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压；以及第十电力单元组件至第十二电力单元组件，其被配置为通过接收对应于第四相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压；其中，第一组电力单元组件至第三组电力单元组件中的其中一个电力单元组件、第四组电力单元组件至第六组电力单元组件中的其中一个电力单元组件、第七组电力单元组件至第九组电力单元组件中的其中一个电力单元组件以及第十组电力单元组件至第十二组电力单元组件中的其中一个电力单元组件配对以提供相同相位的输出电压。
优选地，但非必须地，第一电力单元组件可以包括：整流器，其被配置为通过接收第一相位电压的第一相而提供经整流的第一整流电压；整平单元，其被配置为通过接收由整流器整流后的第一整流电压来给互不相同的第一节点至第三节点提供电平互不相同的电压；以及逆变器单元，其由多个用于传送由整平单元所提供的三个电平的电压的开关构成，其中，逆变器单元包括：第一开关单元，其插置在第一节点和第一输出端之间；第二开关单元，其插置在第二节点和第一输出端之间；第三开关单元，其插置在第三节点和第一输出端之间；第四开关单元，其插置在第一节点和第二输出端之间；第五开关单元，其插置在第二节点和第二输出端之间；以及第六开关单元，其插置在第三节点和第二输出端之间。
优选地，但非必须地，整平单元可以包括串联连接的第一电容器至第四电容器，其中，第一电容器至第四电容器接收从第一电容器至第四电容器的一侧到另一侧的第一整流电压至第四整流电压，且其中，第一电容器和第二电容器的一侧和另一侧是第一节点和第二节点，而第四点电容器的另一侧是第三节点。
优选地，但非必须地，整流器可以包括：第一二极管和第二二极管，其连接第一电容器和第二电容器的一侧和另一侧，并通过共用节点接收第一相位电压的第一相电压；第三二极管和第四二极管，其连接第一电容器和第二电容器的一侧和另一侧，并通过共用节点接收第一相位电压的第二相电压；以及第五二极管和第六二极管，其连接第一电容器的一侧和另一侧，并通过共用节点接收第一相位电压的第三相电压。
本公开的有益效果
如此描述的根据本公开的多电平逆变器系统具有的有益效果在于：可利用布局自由度来减小整个系统的尺寸并增加整个系统的冗余度，其可以通过将用于多电平中压逆变器的输入端的移相变压器的结构模块化并使用六脉冲二极管形成电力单元组件的输入端来实现。
另一个有益效果是模块化移相变压器用于增加整个系统的冗余度。
另一个有益效果是可以提高操作效率，其可以通过改变逆变器单元的结构而导致减少导通的功率半导体器件和二极管的平均数量来实现，以及通过允许轻松完成散热设计，在减小多电平逆变器的导通损耗的同时，还能够极大地减小整个系统的体积和重量。
附图说明
图1是示出了根据本公开的包括多电平逆变器的逆变器系统的结构图；
图2是示出了图1中所示的每一个电力单元组件的结构的电路图；
图3是示出了包括另一种逆变器的逆变器系统的结构图；
图4是示出了图3中所示的每一个电力单元组件的结构的电路图；
图5至图10是示出了图2中所示的逆变器单元的操作的电路图；
图11是示出了根据本公开的第一示例性实施例的逆变器系统的电路图；
图12是示出了图11的电力单元组件的电路图；
图13和图14是示出了根据本公开的第二示例性实施例和第三示例性实施例的逆变器系统的结构图；
图15至图20是示出了图12所示的逆变器单元的操作的电路图。
具体实施方式
本文以下所描述的实施例旨在使用附图来解释实施本公开的已知的方式并易于使本领域的其他技术人员应用本公开。
图1是示出了根据本公开的包括多电平逆变器的逆变器系统的结构图。
参照图1，包括移相变压器和多电平中压逆变器的逆变器系统101包括三相输入电力102、三相电机103、移相变压器104和电力单元组件105a～105f。三相输入电力102意指其有效值（均方根）为超过600V的线间电压的输入电力。三相电机103为逆变器系统的负载。移相变压器104的初级绕组具有三相星形绕组形状，而次级绕组具有总共12个绕组，每一个绕组具有相对于初级绕组的-15°、0°、15°和30°相位差。也就是说，由在电力单元组件105a～105f中的电力单元数量来确定次级绕组的结构。
电力单元组件105a～105f的每一个输出电压都是5个电平的电压。用作负载的三相电机103由用于每一个相位的两个电力单元组件构成，且如果有必要，电力单元组件的数量是可扩展的。电力单元组件105a和105b的输出端被串联以输出所负载的三相电机的“a”相电压而电力单元组件105c和105d输出“b”相电压，且电力单元组件105e和105f输出“c”相电压。电力单元组件105a、105c、105e连接至移相变压器104的输出端中具有-15°和0°相位差的输出端，而电力单元组件105b、105d、105f连接至移相变压器104的输出端中具有15°和30°相位差的输出端。
图2是示出了图1中所示的每一个电力单元组件的结构的电路图。
参照图2，电力单元组件包括二极管整流器201、整平单元202以及逆变器单元203，所述逆变器单元被配置为合成输出电压。二极管整流器201接收两个三相电力，其中输入电力是图1的移相变压器104的输出电压。二极管整流器201的输出量被传送至两个串联连接的直流侧电容器，其中两个直流侧电容器中的每一个电容器都具有相同的电容量。逆变器单元203被配置为合成输出电压，其中所输出的线间电压为5个电平的电压。
图3是示出了包括另一种逆变器的逆变器系统的结构图。
参照图3，逆变器系统301包括三相输入电力302、三相电机303、移相变压器304和电力单元组件305a～305c。三相输入电力302意指其有效值（均方根）为超过600V的线间电压的输入电力。三相电机303为逆变器系统的负载。移相变压器304的初级绕组具有三相星形绕组形状，而次级绕组具有总共12个绕组，每一个绕组具有相对于初级绕组的-15°、0°、15°和30°相位差。也就是，由在电力单元组件305a～305c中的电力单元数量来确定次级绕组的结构。电力单元组件305a～305c可以合成5个电平的输出电压。电力单元组件305a可以输出所负载的三相电机303的“a”相电压而电力单元组件305b可以输出“b”相电压，且电力单元组件305c可以输出“c”相电压。
图4是示出了图3中所示的每一个电力单元组件的结构的内部电路图，所述电路图包括二极管整流器401、整平单元402以及逆变器单元403，所述逆变器单元被配置为合成输出电压。图4示出了4个输入端二极管整流器401，且逆变器单元403的操作与图2的逆变器单元的操作相同。然而，用于电力单元组件的电力设备的额定电压值和额定电流值可以变化以响应于图2和图4中的电力单元组件所需要的输出量。电力单元组件的输出电压可示出最多5个电平。
图5至图10是示出了图1和图2中所示的逆变器单元的操作的电路图。将参照图1至图11来描述逆变器单元的操作。特别地，描述将集中于图1和图2中所示的逆变器的操作。
图2中所示的逆变器单元203的一条支路为串联的4个开关单元203a、203b、203c、203d，且由开关单元的操作来定义输出电压。
开关单元203a、203c的操作是互补的，而开关单元203b、203d的操作也是互补的。因而，当假设串联的整平单元202的电压相应地为E时，且当开关单元203a、203b接通时，开关单元203a、203c变为断开，且此时输出的极电压变为E。此外，当开关单元203a、203c接通时，开关单元203b、203d变为断开以使输出的极电压为零。同样地，当开关单元203a、203b断开时，开关单元203c、203d变为接通以使输出的极电压为-E。
当使用这样定义的输出极电压时，每一个电力单元组件的线间电压具有5个电平：2E、E、0、-E和-2E。由于每一个电力单元组件的线间电压被定义为5个电平的电压，由图3的电力单元组件305a、305b可合成的电压现在具有9个电平：4E、3E、2E、E、0、-E、-2E、-3E、-4E，且负载电机303的输出线间电压现在具有17个电平：8E、7E、6E、5E、4E、3E、2E、E、0、-E、-2E、-3E、-4E、-5E、-6E、-7E、-8E。
多电平中压逆变器的PWM方法可以分类为移相PWM和基于三角载波的类型的电平移位PWM，且根据本发明的使用单相NPC逆变器的多电平逆变器主要是通过电平移位PWM来操作的。此外，电平移位PWM分类为IPD（In-phase disposition，同相层叠）、APOD（Alternative phase oppositedisposition，相邻反相层叠）和基于载波的相位的POD（Phase oppositedisposition，反相层叠），且根据输出电压的谐波，IPD（同相层叠）法一般是极好的方法。因而，IPD法的电平移位PWM将主要地用在本发明中以描述多电平中压逆变器的电压合成方法。
现在，当输出极电压确定为E、0、-E时，基于电流的功率半导体器件的导通状态将如图5至图10所示。
图5示出了当输出极电压为0且输出电流为正时，开关单元的导通状态；图6示出了当输出极电压为E且输出电流为正时，开关单元的导通状态；而图7示出了当输出极电压为-E且输出电流为正时，开关单元的导通状态。图5示出了在二极管和开关单元都导通情况下的导通状态，图6示出了在两个开关都导通情况下的导通状态，而图7示出了在两个二极管都导通情况下的导通状态。
图8示出了当输出极电压为0且输出电流为负时，开关单元的导通状态；图9示出了当输出极电压为E且输出电流为负时，开关单元的导通状态；而图10示出了当输出极电压为-E且输出电流为负时，开关单元的导通状态。图8示出了在二极管和开关单元都导通情况下的导通状态，图9示出了在两个二极管都导通情况下的导通状态，而图10示出了在两个开关单元都导通情况下的导通状态。
接着，将讨论图1的移相变压器104的操作和图3的移相变压器304的操作。
移相变压器104、304将来自三相输入电力102的具有电绝缘的三相电力施加给每一个电力单元组件。此时，移相变压器104、304的初级绕组具有星形连接或三角形连接，且次级绕组输出由初级绕组移相后的电力，其中可以输出具有足够大小的电压以满足电力单元组件的要求。
移相变压器104、304的次级绕组的输出端对应于电力单元组件的二极管整流器的数量从而具有如下等式1的关系。
Nsec=3Nunit*Ndiode(1)
其中，Nsec是移相变压器的次级绕组处的输出端的数量，Nunit是连接至负载电机的每一相的电力单元组件的数量，且Ndiode是安装在单个电力单元组件处的二极管整流器的数量。例如，Nunit在图1的结构中为2，Ndiode为2，且Nsec为12；且Nunit在图3的结构中为1，Ndiode为4且Nsec为12。
可以由如下等式2的关系来确定根据本公开的移相变压器的次级绕组的移相角：
αsec=360/2Nsec[度](2)
其中，αsec是次级绕组处的移相角。例如，在如图1和图3所示Nsec为12的情况下，在次级绕组处的移相角为15°。次级绕组的每一个输出电压的相位改变得与基于次级绕组处的移相角相对于初级绕组处的输入电力电压而确定的移相角同样多。
如此讨论的在输入端具有移相变压器的多电平中压变压器为单个组件型，其仅配置初级绕组处的一个三相电力，同时所有的次级绕组连接至从一个变压器输出的电力单元组件。必须通过一个单一变压器来满足单个组件的移相变压器所需要的输出电力。因此，在单个组件中的移相变压器具有如下缺陷，例如，由于变压器自身的重量而造成体积和重量增大，在设计中布局自由度小，以及整个系统的体积增大，这样如果传统的单个组件的移相变压器中的初级绕组出现问题，整个系统就会变得不可操作。
电力单元组件配置有具有4个二极管和8个有源开关的逆变器，且因为在电压合成过程中两个功率半导体器件总是导通，逆变器单元的损耗相对高。此外，移相变压器具有其他缺陷是因为：既然需要2个或多个用于电力单元组件的三相二极管整流器，由于在次级绕组处的输出端的数量增多，所以体积增大。
因此，在单个组件中的多电平中压逆变器中的移相变压器被配置为模块化以提供设计中的布局自由度，并减小整个系统的体积和重量。此外，本公开的另一个方案有利地提供了模块化移相变压器，从而使得即使一个模块处于故障状态下，负载电机也能够在降低输出的减载状态下连续运行。
此外，根据本发明的用于逆变器系统中的电力单元组件提供级联T型NPC（Neutral Point Clamped，中性点钳位）逆变器，从而与传统的电力单元组件相比较减少了导通损耗。所提出的电力单元组件使用6脉冲二极管整流器，从而减少了在次级绕组处的输出端的数量，由此能够减小移相变压器的体积，从而导致整个系统的体积减小。
图11是示出了根据本公开的第一示例性实施例的逆变器系统的电路图。
参照图11，根据本公开的第一示例性实施例的采用移相变压器的多电平中压逆变器系统使用适合于电机1103的每一相的3个电力单元组件。
根据本公开的第一示例性实施例的多电平中压逆变器系统1101包括9个电力单元组件1105a～1105i和移相变压器1104。电压供给装置1102提供均方根值为大于等于600V的电压。三相电机1103是作为逆变器系统1101的负载的三相电机。相角可以根据移相变压器1104的应用方式来变化。
根据本公开的示例性实施例的模块化移相变压器1104被配置成3个模块。
也就是，模块化移相变压器1104可以包括多个模块1104a、1104b、1104c，其被配置为通过接收三相输入电压1102来提供移相后的相电压。
第一模块1104a的初级绕组包括-6.7°移相后的三相连接，而第一模块的次级绕组包括-20°、0°、20°移相后的3种绝缘的三相连接。
第二模块1104b的初级绕组包括三相星形连接，而次级绕组可以相同于第一模块1104a的次级绕组。第三模块1104c的初级绕组包括6.5°移相后的三相连接，而次级绕组可以相同于第一模块1104a的次级绕组。在本公开的示例性实施例中，电力单元组件1105a～1105i的输出电压为5个电平的电压。尽管负载电机1103由用于每一相的3个电力单元组件构成，但对于本领域的技术人员应该清楚电力单元组件的数量可以根据需要扩大。
同时，电力单元组件1105a～1105i可以分类为3种电力单元组件，即，第一组电力单元组件1105a、1105d、1105g，第二组电力单元组件1105b、1105e、1105h以及第三组电力单元组件1105c、1105f、1105i。
第一组电力单元组件1105a、1105d、1105g是第一电力单元组件至第三电力单元组件1105a、1105d、1105g，其被配置为通过从第一模块1104a接收对应于第一相位电压中的每一相的信号以执行预定的逆变操作来提供预定相的输出电压。
第二组电力单元组件1105b、1105e、1105h是第四电力单元组件至第六电力单元组件1105b、1105e、1105h，其被配置为通过从第二模块1104b接收对应于第二相位电压中的每一相的信号以执行预定的逆变操作来提供预定相的输出电压。
第三组电力单元组件1105c、1105f、1105i是第七电力单元组件至第九电力单元组件1105c、1105f、1105i，其被配置为通过从第三模块1104c接收对应于第三相位电压中的每一相的信号以执行预定的逆变操作来提供预定相的输出电压。
此时，第一组电力单元组件1105a、1105d、1105g中的其中一个电力单元组件、第二组电力单元组件1105b、1105e、1105h中的其中一个电力单元组件以及第三组电力单元组件1105c、1105f、1105i中的其中一个电力单元组件配对以提供相同相位的输出电压。
也就是，电力单元组件1105a、1105b、1105c的输出端被串联以输出三相负载电机的“a”相电压，且电力单元组件1105d、1105e、1105f输出“b”相电压，且电力单元组件1105g、1105h、1105i输出“c”相电压。电力单元组件1105a、1105d、1105g连接至第一模块1104a的输出端，电力单元组件1105b、1105e、1105h连接至第二模块1104b的输出端，且电力单元组件1105c、1105f、1105i连接至第三模块1104c的输出端。
图12是示出了图11的电力单元组件的电路图。
参照图12，电力单元组件包括三相二极管整流器1201、整平单元1202和逆变器单元1203。
整平单元1202包括两个电容器C1、C2，且连接至二极管整流器1201的输出端，其中，连接是串联的，但连接可以是串联或并联配置。逆变器单元1203是单相T型NPC（中性点钳位）逆变器。
开关单元1203a、1203b、1203c、1203d可以形成一条支路，且开关单元1203e、1203f、1203g、1203h可以形成另一条支路，以允许根据两条支路之间的电位差来合成输出电压OUT1、OUT2。
整流器1201通过接收第一相位电压的第一相来提供经整流的第一整流电压。整平单元1202接收由整流器1201整流后的第一整流电压以给互不相同的第一节点至第三节点分别提供不同电平的电压。逆变器单元1203可以由多个用于传送由整平单元1202所提供的3个电平的电压的开关单元构成。逆变器单元1203可以包括第一开关单元1203a，其插置在第一节点和第一输出端OUT1之间；第二开关单元1203c、1203d，其插置在第二节点和第一输出端OUT1之间；第三开关单元1203b，其插置在第三节点和第一输出端OUT1之间；第四开关单元1203e，其插置在第一节点和第二输出端OUT2之间；第五开关单元1203g、1203h，其插置在第二节点和第二输出端OUT2之间以及第六开关单元1203f，其插置在第三节点和第二输出端OUT2之间。
可以通过包括功率半导体器件和二极管来配置第一开关单元至第六开关单元1203a、1203b、1203c、1203d、1203e、1203f、1203g。
可以配置第二开关单元1203c、1203d包括：第一二极管1203c，其具有从第二节点至第一输出端OUT1的电流方向性；第一功率半导体器件1203c，其具有反向于第一二极管的电流方向性的电流方向性并连接第一二极管的一侧至另一侧；第二二极管1203d，其具有反向于第一二极管的电流方向性的电流方向性并串联连接至第一二极管；以及第二功率半导体器件1203d，其具有反向于第一功率半导体器件的电流方向性的电流方向性并连接第二二极管的一侧至另一侧。
可以配备第一开关单元1203a包括：第一二极管，其具有从第一输出端OUT1至第一节点的电流方向性；以及第一功率半导体器件，其具有反向于第一节点的电流方向性的电流方向性并连接第一节点的一侧至另一侧。
第三开关单元1203b可以包括第二二极管，其具有从第三节点至第一输出端OUT1的电流方向性；以及第二功率半导体器件，其具有反向于第二二极管的电流方向性的电流方向性并连接第二二极管的一侧至另一侧。
第五开关单元1203g、1203h可以包括第一二极管1203g，其具有从第二节点至第二输出端OUT2的电流方向性；第一功率半导体器件1203g，其具有反向于第一二极管的电流方向性的电流方向性并连接第一二极管的一侧至另一侧；第二二极管1203f，其具有反向于第一二极管的电流方向性的电流方向性并串联连接至第一二极管；以及第二功率半导体器件1203f，其具有反向于第一功率半导体器件的电流方向性的电流方向性并连接第二二极管的一侧至另一侧。
第四开关单元1203e可以包括第一二极管，其具有从第二输出端OUT2至第一节点的电流方向性；以及第一功率半导体器件，其具有反向于第一二极管的电流方向性的电流方向性并连接第一二极管的一侧至另一侧。
第六开关单元1203f可以包括第二二极管，其具有从第三节点至第二输出端OUT2的电流方向性；以及第二功率半导体器件，其具有反向于第二二极管的电流方向性的电流方向性并连接第二二极管的一侧至另一侧。
整平单元1202可以包括串联连接的第一电容器和第二电容器C1、C2。第一电容器C1和第二电容器C2接收通过一侧和另一侧的第一整流电压，其中第一电容器C1和第二电容器C2的一侧、共用节点和另一侧节点被布置为第一节点至第三节点。
整流器1201可以包括：第一二极管D1和第二二极管D2，其被连接至第一电容器和第二电容器一侧和另一侧，并通过共用节点接收输入电压的第一相电压；第三二极管D3和第四二极管D4，其连接第一电容器和第二电容器的一侧和另一侧，并通过共用节点接收输入电压的第二相电压；第五二极管D5和第六二极管D6，其连接第一电容器和第二电容器的一侧和另一侧，并通过共用节点接收输入电压的第三相电压。
图13和图14是示出了根据本公开的第二示例性实施例和第三示例性实施例的逆变器系统的结构图，其中图13示出了由适用于采用图12的电力单元组件的电机的每一相的4个电力单元组件构成的逆变器系统。
参照图13，逆变器系统1301包括移相变压器1304和电力单元组件1305a～1305l。移相变压器1304从三相电力供给装置1302接收电压并将电压供给电力单元组件1305a～1305l。电机是作为逆变器系统1303的负载的三相电机1303。三相电力供给装置1302是具有均方根值为600V或以上范围的输入线间电压的三相电力。
根据本公开的示例性实施例的移相变压器由4个模块构成。第一模块1304a的初级绕组包括-5°移相后的三相连接，且次级绕组包括-20°、0°和20°移相后的三相连接。第二模块1304b的初级绕组包括三相星形连接，且次级绕组可以相同于第一模块1304a的次级绕组。
第三模块1304c的初级绕组包括5°移相后的三相连接，且次级绕组可以相同于第一模块1304a的次级绕组。
第四模块1304d的初级绕组包括10°移相后的三相连接，且次级绕组可以相同于第一模块1304a的次级绕组。电力单元组件1305a～1305l的输出电压中的每一个都是5个电平的电压。
尽管负载电机1303由用于每一相的3个电力单元组件构成，但对于本领域的技术人员应该清楚电力单元组件的数量可以根据需要扩大。
电力单元组件1305a～1305l可以分类为第一组电力单元组件1305a、1305e、1305g，第二组电力单元组件1305b、1305f、1305j，第三组电力单元组件1305c、1305g、1305k以及第四组电力单元组件1305d、1305h、1305l。
第一组电力单元组件1305a、1305e、1305g是第一电力单元组件至第三电力单元组件1305a、1305e、1305g，其被配置为通过从第一模块1304a接收对应于第一相位电压中的每一相的信号以执行预定的逆变操作来提供预定相的输出电压。
第二组电力单元组件1305b、1305f、1305j是第四电力单元组件至第六电力单元组件1305b、1305f、1305j，其被配置为通过从第二模块1304b接收对应于第二相位电压中的每一相的信号以执行预定的逆变操作来提供预定相的输出电压。
第三组电力单元组件1305c、1305g、1305k是第七电力单元组件至第九电力单元组件1305c、1305g、1305k，其被配置为通过从第三模块1304c接收对应于第三相位电压中的每一相的信号以执行预定的逆变操作来提供预定相的输出电压。
第四组电力单元组件1305d、1305h、1305l是第十电力单元组件至第十二电力单元组件1305d、1305h、1305l，其被配置为通过从第四模块1304d接收对应于第四相位电压中的每一相的信号以执行预定的逆变操作来提供预定相的输出电压。
此时，第一组电力单元组件1305a、1305e、1305g中的其中一个电力单元组件、第二组电力单元组件1305b、1305f、1305j中的其中一个电力单元组件、第三组电力单元组件1305c、1305g、1305k中的其中一个电力单元组件以及第四电力单元组件1305d、1305h、1305l中的其中一个电力单元组件配对以提供相同相位的输出电压。
也就是，电力单元组件1305a、1305b、1305c、1305d的输出端被串联以输出三相负载电机的“a”相电压，且电力单元组件1305e、1305f、1305g、1305h输出“b”相电压，且电力单元组件1305i、1305j、1305k、1305l输出“c”相电压。电力单元组件1305a、1305e、1305i连接至第一模块1304a的输出端，电力单元组件1305b、1305f、1305j连接至第二模块1304b的输出端，电力单元组件1305c、1305g、1305k连接至第三模块1104c的输出端，且电力单元组件1305d、1305h、1305l连接至第四模块1304d的输出端。
图14示出了由适用于采用图12的电力单元组件的电机的每一相的5个电力单元组件构成的逆变器系统。
参照图14，逆变器系统1401包括移相变压器1404和电力单元组件1405a～1405o。移相变压器1404从三相电力供给装置1402接收电压并将电压供给电力单元组件1405a～1405o。电机是作为逆变器系统1401的负载的三相电机1403。三相电力供给装置1402是具有均方根值为600V或以上范围的输入线间电压的三相电力。
根据本公开的示例性实施例的移相变压器1404由5个模块构成。第一模块1404a的初级绕组包括-8°移相后的三相连接，且次级绕组包括-20°、0°和20°移相后的三相连接。第二模块1404b的初级绕组包括-4°移相后的三相连接，且次级绕组可以相同于第一模块1404a的次级绕组。
第三模块1404c的初级绕组包括星形连接，且次级绕组可以相同于第一模块1404a的次级绕组。
第四模块1404d的初级绕组包括4°移相后的三相连接，且次级绕组可以相同于第一模块1404a的次级绕组。第五模块1404e的初级绕组包括4°移相后的三相连接，且次级绕组可以相同于第一模块1404a的次级绕组。电力单元组件1405a～1405o的输出电压中的每一个都是5个电平的电压。
尽管负载电机1403由用于每一相的5个电力单元组件构成，但对于本领域的技术人员应该清楚电力单元组件的数量可以根据需要扩大。
电力单元组件1405a～1405o可以分类为第一组电力单元组件1405a、1405f、1405k，第二组电力单元组件1405b、1405g、1405l，第三组电力单元组件1405c、1405h、1405m，第四组电力单元组件1405d、1405i、1405n以及第五组电力单元组件1405e、1405j、1405o。
第一组电力单元组件1405a、1405f、1405k是第一电力单元组件至第三电力单元组件1405a、1405f、1405k，其被配置为通过从第一模块1404a接收对应于第一相位电压中的每一相的信号以执行预定的逆变操作来提供预定相的输出电压。
第二组电力单元组件1405b、1405g、1405l是第四电力单元组件至第六电力单元组件1405b、1405g、1405l，其被配置为通过从第二模块1404b接收对应于第二相位电压中的每一相的信号以执行预定的逆变操作来提供预定相的输出电压。
第三组电力单元组件1405c、1405h、1405m是第七电力单元组件至第九电力单元组件1405c、1405h、1405m，其被配置为通过从第三模块1404c接收对应于第三相位电压中的每一相的信号以执行预定的逆变操作来提供预定相的输出电压。
第四组电力单元组件1405d、1405i、1405n是第十电力单元组件至第十二电力单元组件1405d、1405i、1405n，其被配置为通过从第四模块1404d接收对应于第四相位电压中的每一相的信号以执行预定的逆变操作来提供预定相的输出电压。
第五组电力单元组件1405e、1405j、1405o是第十三电力单元组件至第十五电力单元组件1405e、1405j、1405o，其被配置为通过从第五模块1404e接收对应于第五相位电压中的每一相的信号以执行预定的逆变操作来提供预定相的输出电压。
此时，第一组电力单元组件1405a、1405f、1405k中的其中一个电力单元组件、第二组电力单元组件1405b、1405g、1405l中的其中一个电力单元组件、第三组电力单元组件1405c、1405h、1405m中的其中一个电力单元组件，第四电力单元组件1405d、1405i、1405n中的其中一个电力单元组件以及第五电力单元组件1405e、1405j、1405o中的其中一个电力单元组件配对以提供相同相位的输出电压。
也就是，电力单元组件1405a、1405b、1405c、1405d、1405e的输出端被串联以输出三相负载电机的“a”相电压，且电力单元组件1405f、1405g、1405h、1405i、1405j输出“b”相电压，且电力单元组件1405k、1405i、1405m、1405n、1405o输出“c”相电压。电力单元组件1405a、1405f、1405k连接至第一模块1404a的输出端，电力单元组件1405b、1405g、1405l连接至第二模块1404b的输出端，电力单元组件1405c、1405h、1405m连接至第三模块1404c的输出端，电力单元组件1405d、1405i、1405n连接至第四模块1404d的输出端，且电力单元组件1405e、1405j、1405o连接至第五模块1404e的输出端。
至此所描述的根据本公开的示例性实施例的逆变器系统模块化待用于具有电力单元组件的多电平中压逆变器的单个组件的移相变压器。
由等式1和等式2来确定根据本公开的移相变压器的次级绕组的移相角。此外，由等式3来确定根据本公开的移相变压器的初级绕组的移相角。
αprim=360/Nm_T*1/Nsec_out*1/Ndiode_pulse[度](3)
其中，Nm_T是移相变压器的模块的数量，Nsec_out是单器身移相变压器的次级绕组处的输出端的数量，且Ndiode_pulse是二极管整流器的脉冲的数量。
例如，在图11的情况下，Nm_T为3，Nsec_out为6且Ndiode_pulse为6，由此αprim为6.7°。优选地，基于移相变压器的初级绕组为0°，以+-prim的倍数的形式进行移相。
根据本公开的示例性实施例的模块化移相变压器的容量与传统的单个组件型移相变压器的容量具有如下等式4的样式的关系。
Sm_T=Sconv/Nm_T(4)
其中，Sm_T是根据本公开的每一个模块化移相变压器的视在功率，且Sconv是传统的单个组件型移相变压器的视在功率。
模块化移相变压器优于传统的单个组件型移相变压器之处在于：容量小，从而减小绕组窗口，并减小整体尺寸和重量。其结果是，移相变压器的尺寸和重量减小，从而减小了整个系统的尺寸和重量。
此外，根据本公开的模块化移相变压器具有与Nm_T一样小的变压器，结果为整个系统提供了布局自由度和设计中的灵活性。
虽然传统的单个组件型移相变压器在初级绕组出故障的情况下在整个系统中是不可操作的，但根据本公开的模块化移相变压器在这一点是有优势的，因为如果模块化移相变压器处的一个模块的初级绕组出故障，连接至出故障模块的电力单元被旁路（detour）以使得能够在降低输出的条件下继续运行。
根据本公开的在多电平中压逆变器中的模块化移相变压器是这样的，使得由于如此描述的结构特征，可以提高整个系统的冗余度。这有可能在输入端处产生电流失真。
现在，将描述根据本公开的逆变器系统中的电力单元组件的逆变器单元。如图12所示，根据本公开的逆变器单元包括单一T型NPS逆变器。
参照图12，电力单元组件的逆变器单元1203的每一条支路包括4个开关单元1203a、1203b、1203c、1203d，且由开关单元的操作来定义输出极电压。开关单元1203a和1203c不能同时接通，且开关单元1203b和1203d也不能同时接通。开关单元1203a和1203b的操作是这样的，当相互独立要求的输出极电压为正时，开关单元1203a和1203c运行，而当相互独立要求的输出极电压为负时，开关单元1203b和1203d运行。
如果在整平单元1202的DC端处串联的电容器C1和C2的每一个电压被定义为E，则输出极电压为正，开关单元1203a接通而开关单元1203c断开，输出为E的输出极电压；而如果开关单元1203a断开，则开关单元1203c接通，输出极电压为零。
如果输出极电压为负，开关单元1203b接通而开关单元1203d断开，输出为-E的输出极电压；而如果开关单元1203b断开而开关单元1203d接通，输出为零的输出极电压。如果使用如此定义的输出极电压，每个电力单元组件的输出线间电压为5个电平2E、E、0、-E、-2E的电压。
图15至图20示出了当输出极电压被确定为E、0、-E时，响应于电流方向的功率半导体器件的导通。也就是，图15至图20是示出了图12所示的逆变器单元的运行的电路图。
图15示出了当输出极电压为0，且输出电流为正时导通的开关单元，图16示出了当输出极电压为E，且输出电流为正时导通的开关单元，且图17示出了当输出极电压为-E，且输出电流为正时导通的开关单元。
图15中一个二极管和一个开关单元都导通，图16中一个开关单元导通且图17中一个二极管导通。
图18示出了当输出极电压为0，且输出电流为负时导通的开关单元，图19示出了当输出极电压为E，且输出电流为负时导通的开关单元，且图20示出了当输出极电压为-E，且输出电流为负时导通的开关单元。
图18中一个二极管和一个开关单元都导通，图19中一个二极管导通且图20中一个开关单元导通。
可以指出的是，尽管图15和图18中的一个开关和一个二极管都导通，但在各附图中的其他剩余配置中仅一个二极管或仅一个开关单元导通，使得导通的功率半导体器件的平均数量比图5至图10的导通的功率半导体器件的平均数量减小得更多，由此，由功率半导体器件所造成的损耗降低，从而提高整个系统的效率，且结果减小了用于散热的尺寸。根据本公开的示例性实施例的功率半导体器件可以包括IGBTs或功率MOSFETs。
如此描述的根据本公开的逆变器系统可以提高整个系统的布局自由度并减小整个系统的尺寸和重量，这可以通过将用于多电平中压逆变器的输入端移相变压器模块化，以及通过配置用于电力单元组件的输入端的6脉冲二极管来实现。
此外，根据本公开的在多电平中压逆变器中的模块化移相变压器是有优势的在于：由于如此描述的结构特征，可以提高整个系统的冗余度。根据本公开的逆变器系统也可以提高操作效率，这可以通过由于逆变器单元的结构特征改变而导致减少平均导通的功率半导体器件的数量来实现。如果逆变器系统的导通损耗减小，则可以轻松地进行散热设计从而减小整个系统的重量和尺寸。
尽管已经参照前述实施例和有益效果详细地描述了本公开，但许多替换例、修改例和变化例对于本领域的技术人员来说在权利要求的界限和范围内都是显而易见的。因此，应该理解地是，除非另有规定，否则上述实施例并不受前述说明的任何细节限制，而是应该在所附权利要求限定的范围内被广泛地解释。

Claims (18)

1.一种多电平逆变器，所述多电平逆变器包括：
模块化移相变压器，其包括多个模块以通过接收三相输入电压来提供移相电压；
多个第一组电力单元组件，其被配置为通过从多个模块中的任一模块接收对应于第一相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压；
多个第二组电力单元组件，其被配置为通过从多个模块中的任一模块接收对应于第二相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压；
多个第三组电力单元组件，其被配置为通过从多个模块中的任一模块接收对应于第三相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压；其中，
所述第一组电力单元组件中的其中一个电力单元组件、所述第二组电力单元组件中的其中一个电力单元组件和所述第三组电力单元组件中的其中一个电力单元组件配对以提供相同相位的输出电压。
2.根据权利要求1所述的多电平逆变器，其中，所述模块化移相变压器包括：第一模块，其被配置为通过接收三相输入电压，来提供经由初级绕组和次级绕组移相后的第一相位电压；第二模块，其被配置为通过接收三相输入电压，来提供经由用于对与所述第一模块不同地预定的相位进行偏移的初级绕组和次级绕组移相后的第二相位电压；以及第三模块，其被配置为通过接收三相输入电压，来提供经由用于对与所述第一模块和所述第二模块不同地预定的相位进行偏移的初级绕组和次级绕组移相后的第三相位电压。
3.根据权利要求2所述的多电平逆变器，其中，所述第二模块的所述初级绕组是三相星形连接，而所述第二模块的所述次级绕组是预定的三相连接，且所述第一模块和所述第三模块的所述初级绕组中的每一个初级绕组具有绝对值相等的相位值且缠绕成具有正相位和负相位。
4.根据权利要求2所述的多电平逆变器，其中，所述第一模块至所述第三模块被配置成对称的。
5.根据权利要求1所述的多电平逆变器，其中，所述多个第一组电力单元组件包括第一电力单元组件至第三电力单元组件，该第一电力单元组件至第三电力单元组件被配置为通过接收对应于所述第二相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压；所述多个第二组电力单元组件包括第四电力单元组件至第六电力单元组件，该第四电力单元组件至第六电力单元组件被配置为通过接收对应于所述第三相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压；以及所述多个第三组电力单元组件包括第七电力单元组件至第九电力单元组件，该第七电力单元组件至第九电力单元组件被配置为通过接收对应于所述第三相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压；其中，所述第一组电力单元组件至第三组电力单元组件中的其中一个电力单元组件、所述第四组电力单元组件至第六组电力单元组件中的其中一个电力单元组件以及所述第七组电力单元组件至第九组电力单元组件中的其中一个电力单元组件配对以提供相同相位的输出电压。
6.根据权利要求5所述的多电平逆变器，其中，所述第一电力单元组件包括：整流器，其被配置为通过接收所述第一相位电压的第一相而提供经整流的第一整流电压；整平单元，其被配置为通过接收由所述整流器整流后的所述第一整流电压来给互不相同的第一节点至第三节点提供电平互不相同的电压；以及逆变器单元，其由多个用于传送由所述整平单元提供的三个电平的电压的开关构成，其中，逆变器单元包括：第一开关单元，其插置在所述第一节点和第一输出端之间；第二开关单元，其插置在所述第二节点和所述第一输出端之间；第三开关单元，其插置在所述第三节点和所述第一输出端之间；第四开关单元，其插置在所述第一节点和第二输出端之间；第五开关单元，其插置在所述第二节点和所述第二输出端之间；以及第六开关单元，其插置在所述第三节点和所述第二输出端之间。
7.根据权利要求6所述的多电平逆变器，其中，所述第一开关单元至第六开关单元包括功率半导体器件和二极管。
8.根据权利要求6所述的多电平逆变器，其中，所述第二开关单元包括：第一二极管，其具有从所述第二节点至所述第一输出端的电流方向性；第一功率半导体器件，其具有反向于所述第一二极管的电流方向性的电流方向性；第二二极管，其具有反向于所述第一二极管的电流方向性的电流方向性并串联至所述第一二极管；以及第二功率半导体器件，其具有反向于所述第一功率半导体器件的电流方向性的电流方向性并连接所述第二二极管的一侧至所述第二二极管的另一侧。
9.根据权利要求6所述的多电平逆变器，其中，所述第一开关单元包括：第一二极管，其具有从所述第一输出端至所述第一节点的电流方向性；以及第一功率半导体器件，其具有反向于所述第一二极管的电流方向性的电流方向性并连接所述第一二极管的一侧至所述第一二极管的另一侧。
10.根据权利要求6所述的多电平逆变器，其中，所述第三开关单元包括：第二二极管，其具有从所述第三节点至所述第一输出端的电流方向性；以及第二功率半导体器件，其具有反向于所述第二二极管的电流方向性的电流方向性并连接所述第二二极管的一侧至所述第二二极管的另一侧。
11.根据权利要求6所述的多电平逆变器，其中，所述第五开关单元包括：第一二极管，其具有从所述第二节点至所述第二输出端的电流方向性；第一功率半导体器件，其具有反向于所述第一二极管的电流方向性的电流方向性并将所述第一二极管的一侧连接至另一侧；第二二极管，其具有反向于所述第一二极管的电流方向性的电流方向性并串联至所述第一二极管；以及第二功率半导体器件，其具有反向于所述第一功率半导体器件的电流方向性的电流方向性并将所述第二二极管的一侧连接至另一侧。
12.根据权利要求6所述的多电平逆变器，其中，所述第四开关单元包括：第一二极管，其具有从所述第二输出端至所述第一节点的电流方向性；以及第一功率半导体器件，其具有反向于所述第一二极管的电流方向性的电流方向性并连接所述第一二极管的一侧至所述第一二极管的另一侧。
13.根据权利要求12所述的多电平逆变器，其中，所述第六开关单元包括：第二二极管，其具有从所述第三节点至所述第二输出端的电流方向性；以及第二功率半导体器件，其具有反向于所述第二二极管的电流方向性的电流方向性并连接所述第二二极管的一侧至所述第二二极管的另一侧。
14.根据权利要求6所述的多电平逆变器，其中，所述整平单元包括串联连接的第一电容器和第二电容器，其中，所述第一电容器和所述第二电容器接收从一侧到另一侧的所述第一整流电压，且其中，所述第一电容器和所述第二电容器的一侧节点、共用节点和另一侧节点分别是所述第一节点至所述第三节点。
15.根据权利要求14所述的多电平逆变器，其中，所述整流器包括：第一二极管和第二二极管，其连接所述第一电容器和所述第二电容器的一侧和另一侧，并通过共用节点接收所述第一相位电压的第一相电压；第三二极管和第四二极管，其连接所述第一电容器和所述第二电容器的一侧和另一侧，并通过共用节点接收所述第一相位电压的第二相电压；以及第五二极管和第六二极管，其连接所述第一电容器的一侧和另一侧，并通过共用节点接收所述第一相位电压的第三相电压。
16.根据权利要求6所述的多电平逆变器，其中，所述逆变器单元包括单相T型NPC（中性点钳位）逆变器。
17.根据权利要求2所述的多电平逆变器，其中，所述模块化移相变压器进一步包括：第四模块，其被配置为通过接收三相输入电压，来提供使用用于对与所述第一模块至第三模块不同地预定的且同样多的相位进行偏移的初级绕组和次级绕组移相后的第四相位电压；以及多个第四组电力单元组件，其被配置为通过接收对应于所述第四相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压，其中，所述第一组电力单元组件中的其中一个电力单元组件、所述第二组电力单元组件中的其中一个电力单元组件、所述第三组电力单元组件中的其中一个电力单元组件以及所述第四组电力单元组件中的其中一个电力单元组件配对以提供相同相位的输出电压。
18.根据权利要求17所述的多电平逆变器，其中，所述模块化移相变压器进一步包括：第五模块，其被配置为通过接收三相输入电压，来提供使用用于对与所述第一模块至第四模块不同地预定的且同样多的相位进行偏移的初级绕组和次级绕组移相后的第五相位电压；以及多个第五组电力单元组件，其被配置为通过接收对应于所述第五相位电压中的每一相的信号，经由执行预定的逆变操作，来提供预定相的输出电压，其中，所述第一组电力单元组件中的其中一个电力单元组件、所述第二组电力单元组件中的其中一个电力单元组件、所述第三组电力单元组件中的其中一个电力单元组件、所述第四组电力单元组件中的其中一个电力单元组件以及所述第五组电力单元组件中的其中一个电力单元组件配对以提供相同相位的输出电压。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104242709A (zh) * 2013-06-17 2014-12-24 Ls产电株式会社 多电平逆变器
CN104539173A (zh) * 2015-01-23 2015-04-22 深圳市禾望电气股份有限公司 变流器电路
CN105305861A (zh) * 2015-10-26 2016-02-03 东南大学 一种级联多电平逆变器
WO2017054680A1 (zh) * 2015-09-29 2017-04-06 华为技术有限公司 多电平逆变器
CN107395025A (zh) * 2016-04-19 2017-11-24 洛克威尔自动控制技术股份有限公司 电力转换系统
CN111865098A (zh) * 2019-04-24 2020-10-30 罗克韦尔自动化技术公司 再生级联h桥电力供应装置

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014203553A1 (de) * 2014-02-27 2015-08-27 Robert Bosch Gmbh Elektrisches Antriebssystem
JP6341075B2 (ja) * 2014-12-08 2018-06-13 株式会社明電舎 三相９レベル電力変換装置
KR102349359B1 (ko) * 2015-07-31 2022-01-11 엘에스일렉트릭(주) 멀티 레벨 인버터
US10218285B2 (en) * 2015-10-19 2019-02-26 Siemens Aktiengesellschaft Medium voltage hybrid multilevel converter and method for controlling a medium voltage hybrid multilevel converter
JP6390806B1 (ja) * 2017-08-02 2018-09-19 株式会社明電舎 インバータ装置
KR102261327B1 (ko) * 2017-09-25 2021-06-07 엘에스일렉트릭(주) 인버터 시스템
JP2020529184A (ja) * 2017-09-25 2020-10-01 エルエス、エレクトリック、カンパニー、リミテッドＬｓ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． インバータシステム
KR102261330B1 (ko) * 2017-09-25 2021-06-07 엘에스일렉트릭(주) 인버터 시스템
WO2019102610A1 (ja) * 2017-11-27 2019-05-31 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
US11005388B2 (en) 2019-02-28 2021-05-11 sonnen, Inc. Single-phase multi-level asymmetric inverter with AC-bypass and asymmetric modulation strategy
CN111756268A (zh) * 2019-03-27 2020-10-09 大连新大路电气传动技术有限责任公司 输出电压可快速跃变的大容量可逆直流电源
CA3224097A1 (en) * 2021-07-16 2023-01-19 Liviu Mihalache Cell based multilevel converter with multiple operating modes and associated control method
CN116760304B (zh) * 2023-08-18 2024-01-23 深圳华越南方电子技术有限公司 级联变频器、级联变频器的控制方法、设备和存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005124961A1 (de) * 2004-06-18 2005-12-29 Abb Schweiz Ag Verfahren zur fehlerbehandlung in einer umrichterschaltung zur schaltung von drei spannungsniveaus
US20100073970A1 (en) * 2008-09-24 2010-03-25 Mehdi Abolhassani Modular multi-pulse transformer rectifier for use in symmetric Multi-level power converter
CN101860248A (zh) * 2009-04-06 2010-10-13 富士电机系统株式会社 五级逆变器
CN102763316A (zh) * 2010-02-15 2012-10-31 西门子公司 单相多电平逆变器

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5969966A (en) 1995-09-08 1999-10-19 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Power converting apparatus and method using a multiple three-phase PWM cycloconverter system
GB2330254B (en) * 1997-10-09 2000-10-18 Toshiba Kk Multiple inverter system
US6058031A (en) * 1997-10-23 2000-05-02 General Electric Company Five level high power motor drive converter and control system
JP3431506B2 (ja) 1998-07-28 2003-07-28 株式会社東芝 多重インバータ装置
CA2493586C (en) * 2002-07-31 2012-08-28 Smc Electrical Products, Inc. Low voltage, two-level, six-pulse induction motor controller driving a medium-to-high voltage, three-or-more-level ac drive inverter bridge
US7088073B2 (en) 2003-01-24 2006-08-08 Toshiba Internationl Corporation Inverter drive system
US7508147B2 (en) * 2005-05-19 2009-03-24 Siemens Energy & Automation, Inc. Variable-frequency drive with regeneration capability
JP2008193779A (ja) 2007-02-02 2008-08-21 Fuji Electric Systems Co Ltd 半導体モジュール
US7830681B2 (en) * 2008-09-24 2010-11-09 Teco-Westinghouse Motor Company Modular multi-pulse transformer rectifier for use in asymmetric multi-level power converter
US8223515B2 (en) 2009-02-26 2012-07-17 TECO—Westinghouse Motor Company Pre-charging an inverter using an auxiliary winding
FI122206B (fi) * 2009-06-30 2011-10-14 Vacon Oyj Tehonsiirtomenetelmä ja -laitteisto
KR101545277B1 (ko) 2011-09-28 2015-08-18 엘에스산전 주식회사 멀티레벨 고압 인버터의 위상천이 변압기

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005124961A1 (de) * 2004-06-18 2005-12-29 Abb Schweiz Ag Verfahren zur fehlerbehandlung in einer umrichterschaltung zur schaltung von drei spannungsniveaus
US20100073970A1 (en) * 2008-09-24 2010-03-25 Mehdi Abolhassani Modular multi-pulse transformer rectifier for use in symmetric Multi-level power converter
CN101860248A (zh) * 2009-04-06 2010-10-13 富士电机系统株式会社 五级逆变器
CN102763316A (zh) * 2010-02-15 2012-10-31 西门子公司 单相多电平逆变器

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104242709A (zh) * 2013-06-17 2014-12-24 Ls产电株式会社 多电平逆变器
CN104242709B (zh) * 2013-06-17 2017-09-12 Ls产电株式会社 多电平逆变器
CN104539173A (zh) * 2015-01-23 2015-04-22 深圳市禾望电气股份有限公司 变流器电路
WO2017054680A1 (zh) * 2015-09-29 2017-04-06 华为技术有限公司 多电平逆变器
US10177683B2 (en) 2015-09-29 2019-01-08 Huawei Technologies Co., Ltd. Multi-level inverter
CN105305861A (zh) * 2015-10-26 2016-02-03 东南大学 一种级联多电平逆变器
CN105305861B (zh) * 2015-10-26 2019-04-30 东南大学 一种级联多电平逆变器
CN107395025A (zh) * 2016-04-19 2017-11-24 洛克威尔自动控制技术股份有限公司 电力转换系统
CN107395025B (zh) * 2016-04-19 2020-01-21 罗克韦尔自动化技术公司 电力转换系统
CN111865098A (zh) * 2019-04-24 2020-10-30 罗克韦尔自动化技术公司 再生级联h桥电力供应装置

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Publication number Publication date
KR101769176B1 (ko) 2017-08-17
KR20140122383A (ko) 2014-10-20
US9337746B2 (en) 2016-05-10
JP5977282B2 (ja) 2016-08-24
JP2014207853A (ja) 2014-10-30
US20140307497A1 (en) 2014-10-16
EP2790313A3 (en) 2015-07-22
EP2790313A2 (en) 2014-10-15

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