CN106787922A - 变流器 - Google Patents

变流器 Download PDF

Info

Publication number
CN106787922A
CN106787922A CN201611207766.2A CN201611207766A CN106787922A CN 106787922 A CN106787922 A CN 106787922A CN 201611207766 A CN201611207766 A CN 201611207766A CN 106787922 A CN106787922 A CN 106787922A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bridge arm
circuit
arm circuit
energy
current transformer
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.)
Granted
Application number
CN201611207766.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106787922B (zh
Inventor
黄朱勇
张晓飞
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.)
Huawei Digital Power Technologies Co Ltd
Original Assignee
Huawei Technologies Co Ltd
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 Huawei Technologies Co Ltd filed Critical Huawei Technologies Co Ltd
Priority to CN201611207766.2A priority Critical patent/CN106787922B/zh
Publication of CN106787922A publication Critical patent/CN106787922A/zh
Priority to EP17882363.9A priority patent/EP3550713B8/en
Priority to PCT/CN2017/095758 priority patent/WO2018113309A1/zh
Priority to US16/450,360 priority patent/US20190312524A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CN106787922B publication Critical patent/CN106787922B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion 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
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion 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
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion 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
    • H02M7/53—Conversion 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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion 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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion 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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion 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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本申请实施例提供了一种变流器，用于连接在直流系统和交流系统之间进行直流和交流的相互变换，变流器包括开关网络、滤波器和控制单元，开关网络包括第一开关电路和第二开关电路，第一开关电路包括M个储能元件和M个桥臂电路，M个桥臂电路中的一个桥臂电路包括一个全控型器件，其余M‑1个桥臂电路包括两个反向串联的全控型器件，第二开关电路包括N个储能元件和N个桥臂电路，N个桥臂电路中的一个桥臂电路包括一个全控型器件，其余N‑1个桥臂电路包括两个反向串联的全控型器件。本申请提供的变流器在提供四电平或者四电平以上的多电平时，可以降低开关网络的电路损耗，提高变流器的效率。

Description

变流器
技术领域
本申请实施例涉及能源供电领域，并且更具体地，涉及变流器。
背景技术
随着经济社会的发展，能源危机逐步凸显以及全球环境的逐渐恶化，发展和使用清洁替代能源已成为的能源行业的重要目标。伴随新能源发电、储能以及新能源汽车产业的不断发展，作为核心能源控制装置的变流器成为清洁能源应用的关键因素之一，其中变流器是实现可再生能源—太阳能光伏能源向电网传递的必不可少单元。
变流器用于连接交流电力系统以及直流电力系统并实现两个系统之间能量传递。根据能量流向的不同又区分为整流和逆变两种工作状况，其中能量从直流系统传递到交流系统被称为逆变，而从交流系统传递到直流系统称为整流。
通常情况下，变流器包括开关网络、连接开关网络和交流系统的滤波器、连接所述滤波器的控制单元。
变流器的开关网络通常为可以输出两组电平的两电平开关网络。两电平开关网络虽然结构简单，但是电路损耗较大，变流效率低。为了提高变流器的整流效率，变流器可以采用多电平开关网络。
但是，随着人们对变流器的效率的要求的提高，传统的多电平开关网络的电路损耗使得变流器的效率越来越不能满足人们的需求。也就是说，人们希望能够提出一种效率更高的变流器。
发明内容
本申请实施例提供了变流器，在提供四电平或者四电平以上的多电平时，可以降低开关网络的电路损耗，提高变流器的效率。
第一方面，本申请提供了一种变流器，用于连接在直流系统和交流系统之间进行直流和交流的相互变换，所述变流器包括开关网络、滤波器和控制单元，所述开关网络包括第一开关电路和第二开关电路，所述控制单元用于向所述开关网络输出控制信号，所述开关网络用于根据所述控制单元输出的控制信息将所述直流系统输出的直流电转变为多电平，所述滤波器用于根据所述多电平向所述交流系统输出交流电；所述第一开关电路包括M个储能元件和M个桥臂电路，所述M个桥臂电路中的一个桥臂电路包括一个全控型器件，其余M-1个桥臂电路包括两个反向串联的全控型器件，M为大于或等于1的整数；所述M个桥臂电路中的第i个桥臂电路的第一端与所述M个桥臂电路中的第i+1个桥臂电路的第一端，通过所述M个储能元件中的第i个储能元件相连，所述M个桥臂电路中的第M个桥臂电路的第一端通过所述M中的第M个储能元件与所述滤波器的第一端相连，所述M个桥臂电路中每个桥臂电路的第二端与所述滤波器的第二端相连，i为大于或等于1、且小于M的整数；所述第二开关电路包括N个储能元件和N个桥臂电路，所述N个桥臂电路中的一个桥臂电路包括一个全控型器件，其余N-1个桥臂电路包括两个反向串联的全控型器件，N为大于或等于4-M的整数；所述N个桥臂电路中的第j个桥臂电路的第一端与所述N个桥臂电路中的第j+1个桥臂电路的第一端，通过所述N中的第j个储能元件相连，所述N个桥臂电路中的第N个桥臂电路的第一端通过所述N中的第N个储能元件与所述滤波器的第一端相连，所述N个桥臂电路中每个桥臂电路的第二端与所述滤波器的第二端相连，j为大于或等于1、且小于N的整数；所述N个桥臂电路和所述M个桥臂电路中的每个全控型器件与所述控制单元连接，所述控制单元具体用于控制所述每个全控型器件的开通和关断。
本申请实施例的变流器，由于开关网络中的第一开关电路和第二开关电路中均包含了一个只含一个全控性器件的桥臂电路，因此变流器提供多个电平时，每个电平状态中的电流最多流经两个全控性器件，其中有两个电平状态对应的电流只需经过一个全控性器件，从而可以降低电路的导通损耗，提高电路效率。而且，本申请实施例的变流器可以提供双向的电路能量，即电路能量可以从直流侧到交流侧，也可以是从交流侧到直流侧。
在一种可能的实现方式中，所述开关网络还包括第三开关电路，所述第三开关电路包括两个反向串联的全控型器件，所述第三开关电路的第一端与所述滤波器的第一端连接，所述第三开关电路的第二端与所述滤波器的第二端连接，所述第三开关电路中的每个全控型器件与所述控制单元连接，所述控制单元用于控制所述第三开关电路中的每个全控型器件的开通和关断。
在一种可能的实现方式中，M为大于或等于2的整数，且M＝N。
在一种可能的实现方式中，每个所述全控型器件包含反向并联的二极管。
在一种可能的实现方式中，每个所述桥臂电路中的全控型器件与一个二极管反向并联。
在一种可能的实现方式中，所述储能元件为有极电容。
在一种可能的实现方式中，所述滤波器的第一端接地。
在一种可能的实现方式中，所述滤波器包括功率电感和滤波电容。
第二方面，本申请提供了一种变流器，用于连接在直流系统和交流系统之间进行直流和交流的相互变换，所述变流器包括开关网络、滤波器和控制单元，所述开关网络包括3个储能元件和4个桥臂电路，所述4个桥臂电路中的第一个桥臂电路和第四个桥臂电路分别包括一个全控型器件，第二个桥臂电路和第三个桥臂电路分别包括两个反向串联的全控型器件；所述第一个桥臂电路第一端通过所述3个储能元件中的第一个储能元件与所述第二个桥臂电路的第一端连接，所述第二个桥臂电路的第一端通过所述3个储能元件中的第二个储能元件与所述滤波器的第一端连接，所述第三个桥臂电路的第一端与所述滤波器的第一端连接，所述第四个桥臂电路的第一端通过所述3个储能元件中的第三个储能元件与所述滤波器的第一端连接，所述四个桥臂电路的第二端均与所述滤波器的第二端连接；所述4个桥臂电路中的每个全控型器件与所述控制单元连接，所述控制单元用于控制所述每个全控型器件的开通和关断。
本申请实施例的变流器，由于开关网络中的第一开关电路和第二开关电路中均包含了一个只含一个全控性器件的桥臂电路，因此变流器提供多个电平时，每个电平状态中的电流最多流经两个全控性器件，其中有两个电平状态对应的电流只需经过一个全控性器件，从而可以降低电路的导通损耗，提高电路效率。而且，本申请实施例的变流器可以提供双向的电路能量，即电路能量可以从直流侧到交流侧，也可以是从交流侧到直流侧。
在一种可能的实现方式中，所述滤波器的第一端接地。
附图说明
图1是本申请实施例的变流器的应用场景的示意图。
图2是传统变流器的示意性电路图。
图3是本申请实施例的变流器的示意性电路图。
图4是本申请实施例的变流器的示意性电路图。
图5是本申请实施例的变流器的示意性电路图。
图6是本申请实施例的变流器的示意性电路图。
图7是本申请实施例的变流器的输出电平的示意图。
图8是本申请实施例的变流器的示意性电路图。
图9是本申请实施例的变流器的示意性电路图。
图10是本申请实施例的变流器的示意性电路图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本申请实施例的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，可以应用本申请实施例的变流器的场景中可以包括直流系统110、变流器120和交流系统130。
应理解，本申请施例并不限于图1所示的应用场景中。此外，图1示出的应用场景仅是示例，可以应用本申请实施例的变流器的场景中还可包括其他系统、模块或单元。
图1中，直流系统110可以是任何提供直流电流的电源，包括蓄电池、太阳能光伏板等；交流系统130可以是任何需要交流输入的设备或者装置，包括电网以及电机等；变流器120用于将直流系统110提供的直流电转换为交流电并输出到交流系统130，或将交流系统130输出的交流电转换为直流电并输出到直流系统110。
例如，在光伏供电系统中，光伏太阳能板产生的直流电通过变流器转换成与电网频率相同的交流电，并将该交流电输送给电网(即交流单元)从而实现光伏供电系统与电网的并网。
又如，在电动车中，变流器可以实现双向工作，具体而言，电动车的蓄电池(即直流系统)输出的直流电经过变流器后变成交流电，并输出到电动机(即交流系统)；然后，在电动车减速的时候，电动机产生的反向交流电可以通过变流器转换为直流电对蓄电池进行充电。
图2为传统的变流器的示意性结构图。图2所示的变流器中，开关网络所包含的开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6空闲的端口与变流器的控制单元连接，为了简介，图2中没有给出控制单元和开关管与控制单元的连接关系。
由图2可知，传统变流器的开关网络中，任何时候，从直流系统输出的直流电均需要经过两个开关管才能转换成交流电，以输出到交流系统。具体而言，直流电需要经过开关管Q1和Q2，或者需要经过开关管Q5和Q2，或者需要经过开关管Q6和开关管Q3，或者经过开关管Q4和Q3。
传统变流器中的开关网络的这种结构，会导致电路导通损耗大，从而降低变流器的效率。
因此，本申请实施例提出了一种新的变流器，其中的开关网络可以减少电路的损耗，从而提高变流器的效率。图3为本申请实施例的变流器的示意性电路图。
如图3所示，本申请一实施例的变流器300，其连接在直流电系统110和交流电系统130之间。其中，变流器300可以是三相变流器。
变流器300包括开关网络310、滤波器320和控制单元330。开关网络310与直流系统110、滤波器320和控制单元330连接，滤波器320与交流系统120连接。控制单元330可以与滤波器320连接，也可以不连接，本申请对此不作限制。
控制单元330用于向开关网络310输出控制信号，开关网络310用于根据控制单元330输出的控制信息将直流系统110输出的直流电转变为多电平，滤波器320用于根据多电平向交流系统120输出交流电。
其中，若控制单元330与滤波器320连接，则控制单元330具体可以用于根据滤波器输出的交流电向开关网络310输出控制信息，控制开关网络310输出多电平。
本申请实施例中的开关网络310更为详细的示意性电路图如图4所示。由图4可知，开关网络310包括第一开关电路311和第二开关电路322。
第一开关电路311包括M个储能元件(储能元件1至储能元件M)和M个桥臂电路(桥臂电路1至桥臂电路M)，M为大于或等于1的整数。
M个桥臂电路中的一个桥臂电路包括一个全控型器件，其余M-1个桥臂电路包括两个全控型器件，且这两个全控性器件为反向串联。本申请实施例中，全控性器件也可以称为开关管。
桥臂电路中的两个全控性器件反向串联是指：如当这两个全控性器件为绝缘栅双极晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor，IGBT)时，第一个IGBT的集电极与第二个IGBT的集电极连接，或者第一个IGBT的发射机与第二个IGBT的发射器连接；如当这两个全控性器件为金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)时，第一个MOSFET的漏极与第二个MOSFET的漏极连接，或者第一个MOSFET的源极与第二个MOSFET的源极连接。
若M为1，即第一开关电路只包括一个桥臂电路，则该桥臂电路仅包括一个全控性器件。
M个桥臂电路中的第i个桥臂电路的第一端与M个桥臂电路中的第i+1个桥臂电路的第一端，通过M个储能元件中的第i个储能元件相连；M个桥臂电路中的第M个桥臂电路的第一端通过M中的第M个储能元件与滤波器的第一端相连，M个桥臂电路中每个桥臂电路的第二端与滤波器的第二端相连。其中，i为大于或等于1、且小于M的整数。
也就是说，M个桥臂电路中的第一个桥臂电路至第M个桥臂电路的一端依次通过一个储能元件连接，然后第M个桥臂电路与第M-1桥臂电路的这一端同时又通过另一个储能元件与滤波器的一端连接；M个桥臂电路中所有桥臂电路的另一端均与滤波器的另一端连接。
第二开关电路包括N个储能元件和N个桥臂电路，N为大于或等于4-M的整数。也就是说第二开关电路中包括的桥臂电路的数量与第一开关电路中包括的桥臂电路的数量需要大于或等于4，第二开关电路中包括的储能元件的数量与第一开关电路中包括的储能元件的数量需要大于或等于4。
第二开关电路中的桥臂电路和储能元件的组成以及连接关系与第一开关电路的相似，为了简介，此处不再赘述。
第二开关电路中的N个桥臂电路和第一开关电路中的M个桥臂电路包括的每个全控型器件的一个端口与控制单元330连接，该端口用于接收控制单元330输出的控制信号，然后每个全控性器件在各自接收到的控制信息的控制下开通或关断，从而可以向滤波器输出多个电平。
也就是说，控制单元330用于向每个全控性器件输出控制信息，控制每个全控型器件的开通和关断，从而使得整个开关网络310可以根据从直流系统接收到的直流电向滤波器输出多个电平。
其中，第一开关电路中的M个储能元件与第二开关电路中的N个储能元件用于对直流系统向开关网络输入的电压进行分压。
本申请实施例的变流器，由于开关网络中的第一开关电路和第二开关电路中均包含了一个只含一个全控性器件的桥臂电路，因此变流器提供多个电平时，每个电平状态中的电流最多流经两个全控性器件，其中有两个电平状态对应的电流只需经过一个全控性器件，从而可以降低电路的导通损耗，提高电路效率。而且，本申请实施例的变流器可以提供双向的电路能量，即电路能量可以从直流侧到交流侧，也可以是从交流侧到直流侧。
可选地，第一开关电路中包括一个全控性器件的桥臂电路的第一端可以与直流系统向开关网络输入的电压的正极连接，第二开关电路中包括一个全控性器件的桥臂电路的第一端与直流系统向开关网络输入的电压的负极连接。
通常情况下，一般取M＝N，即第一开关电路中的桥臂电路和储能元件的数量，与第二开关电路中的桥臂电路和储能元件的数量相等，均大于或等于2。
如图5所示，本申请实施例的变流器的开关网络310中，可选地，还可以包括第三开关电路313。第三开关电路313包括一个桥臂电路，该桥臂电路包括两个全控性器件，这两个全控性器件方向串联。
第三开关电路的第一端与滤波器320的第一端连接，第三开关电路的第二端与滤波器320的第二端连接。
第三开关电路中的每个全控型器件的一个端口与控制单元330连接，该端口用于接收控制单元330输出的控制信号，然后每个全控性器件在各自接收到的控制信息的控制下开通或关断，从而可以与第一开关电路或第二开关电路中的全控型器件一起向滤波器输出多个电平。
也就是说，控制单元330还可以用于向第三开关电路中的每个全控性器件输出控制信息，控制每个全控型器件的开通和关断，从而使得整个开关网络310可以根据从直流系统接收到的直流电向滤波器输出多个电平。
本申请实施例的开关网络中的全控型器件可以为门极可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor，GTO)、MOSFET、IGBT等器件。
可选地，本申请实施例的开关网络中的全控型器件内部可以包括一个二极管，且该二极管与所属的全控型器件反向并联。
可选地，本申请实施例的开关网络中，每个桥臂电路可以还包括一个二级管，该二极管与所属的桥臂电路中的全控型器件反向并联。
上述所述的二极管与全控型器件反向并联是指：如当全控性器件为IGBT时，IGBT的集电极与二极管的阴极连接，IGBT的发射极与二极管的阳极连接；如当这全控性器件为MOSFET时，MOSFET的漏极与二极管的阴极连接，MOSFET的源极与二极管的阳极连接。
本申请实施例的开关网络中，可选地，储能元件可以是有级电容。当然，储能元件也可以是普通电容(即不分电极的电容)。
储能元件是有极电容，与储能元件是普通电容相比，可以节约成本。储能元件为普通电容与储能元件为有极电容相比，可以提高储能效率和较小开关网络的面积，或者说体积。
本申请实施例中，可选地，滤波器中，与桥臂电路中的储能元件相连的那一端(即第一端)可以接地。换句话说，第一开关电路中的第M个储能元件和第二开关电路中的第N个储能元件可以接地。
若第一开关电路中的储能元件和第二开关电路中的储能元件为有极电容，则第一开关电路中的第M个有极电容的负极接地，第二开关电路中的第N个有极电容的正极接地。
本申请实施例中，可选地，第一开关电路中的第M个储能元件和第二开关电路中的第N个储能元件可以与交流系统中的公共端连接。该公共端可以是零线。
本申请实施例中，可选地，滤波器320的一种示例结构为：滤波器320可以包括功率电感和滤波电容。其中，滤波电容的一端与功率电感的一端连接，滤波电容的另一端与第一开关电路中的第M个储能元件和第二开关电路中的第N个储能元件连接，功率电路的另一端与每个桥臂电路的第二端连接。
本申请实施例中，可选地，变流器300还可以包括如采样单元等单元或模块。其中，采样单元可以用于采样各个储能元件上的电压值。为了简洁，此处不再赘述。
下面结合图6，详细介绍本申请实施例变流器的电路结构以及工作原理。其中，M＝2，N＝2，储能元件为有极电容，全控性器件为内部包括反并联的二极管，滤波器包括电感和电容。
图6所示的变流器中的开关网络可以输出4个电路，因此也可以将该开关网络称为四电平电路。
图6中，V1、V2、V3和V4分别为直流系统向开关网络输出的电压在有极电容C1、C2、C3、C4上的分压。直流系统可以与开关网络的A点和B点连接。
全控性器件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6与控制单元连接，接收控制单元输出的控制信号，并在控制信号的控制下开通或关闭，为了附图简洁，图中没有画出全控性器件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6与控制单元的连接线。
其中，图6所示的变流器还可以包括采样单元，采样单元用于采样和获取V1、V2、V3、V4以及变流器向交流系统输出的电压Vac，以便于控制单元根据采样单元采样的上述电压值控制全控性器件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6的开通或关闭，进行使得开关网络可以输出多个电平值。
具体而言，采样单元获取V1、V2、V3和V4后，则控制开关向Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6输出控制信号。
若V2≤Vac＜V1，控制单元控制Q3恒开通，Q4和Q5恒关断，Q6可以开通也可以关断。此时，Q1和Q2可以互补发波。Q1和Q2互补发波的具体实现形式如下。
设开关周期为T，Q1的开通时间占空比为D，忽略Q1和Q2的死区时间影响。当Q1开通、Q2关断时，D点电位等于V1，开通时间为D*T；当Q2开通、Q1关断时，D点电位等于V2，Q1关断时间为(1-D)*T。电感L输出端电压为Vac。由于T时间短，Vac在一个T周期内可以认为是一个恒定值。由电感磁通伏秒平衡原理可知：D*T*(V1-Vac)+(1-D)*T*(V2-Vac)＝0，即D＝(Vac-V2)/(V1-V2)。
其中，当Q1开通、Q2关断时，从直流侧到D点只经过了一个开关管Q1，且电感电流可以是正方向流向，从直流侧流出，流经Q1，也可以是负方向流向，流进直流侧，流经Q1内部的二极管。当Q1关断、Q2开通时，从直流侧到D点经过了两个开关管Q2和Q3，电感电流可以是正方向流向，从直流侧流出，流经Q3和Q2内部的二极管，也可以是负方向流向，流进直流侧，流经Q2和Q3内部的二极管。
若V3≤Vac＜V2，控制单元控制Q2和Q6恒开通，Q1和Q4关闭，Q3和Q5互补发波。Q3和Q5互补发波的具体实现形式如下。
当Q3开通、Q5关断时，D点电位等于V2。设Q3的占空比为D，忽略Q3和Q5死区时间的影响，则Q3开通时间为D*T。当Q5开通、Q3关断时，D点电位等于V3，Q3关断时间为(1-D)*T。电感L输出端电压为Vac。由于T时间短，Vac在一个T周期内可以认为是一个恒定值。由电感磁通伏秒平衡原理可知：D*T*(V2-Vac)+(1-D)*T*(V3-Vac)＝0，即D＝(Vac-V3)/(V2-V3)。
其中，当Q3开通、Q5关断时，从直流侧、D点经过了两个开关管Q3和Q2，电感电流可以是正方向流向，从直流侧流出，流经Q3和Q2内部的二极管，也可以是负方向流向，流进直流侧，流经Q2和Q3内部的二极管。当Q3关断、Q5开通时，从直流侧到D点经过了两个开关管Q5和Q6，电感电流则可以是正方向流向，从直流侧流出，流经Q6和Q5内部的二极管，也可以是负方向流向，流进直流侧，流经Q5和Q6内部的二极管。
若V4≤Vac＜V3，则控制单元控制Q5恒开通，Q1和Q3关闭，Q2可以开通也可以关断，Q4和Q6互补发波。Q4和Q6互补发波的具体实现形式如下。
当Q6开通、Q4关断时，D点电位等于V3。设Q6的占空比为D，忽略Q4和Q6死区时间的影响，则Q6开通时间为D*T。当Q4开通、Q6关断时，D点电位等于V4，Q6关断时间为(1-D)*T。电感L输出端电压为Vac。由于T时间短，Vac在一个T周期内可以认为是一个恒定值。由电感磁通伏秒平衡原理可知D*T*(V3-Vac)+(1-D)*T*(V4-Vac)＝0，即D＝(Vac-V4)/(V3-V4)。
其中，当Q6开通、Q4关断时，从直流侧到D点经过了两个开关管Q5和Q6，电感电流则可以是正方向流向，从直流侧流出，流经Q6和Q5内部的二极管，也可以是负方向流向，流进直流侧，流经Q5和Q6内部的二极管。当Q6关断、Q4开通时，从直流侧到D点只经过了一个开关管Q4，电感电流则可以是正方向流向，从直流侧流出，流经Q4内部的二极管，也可以是负方向流向，流进直流侧，流经Q4。
最终，Vac的示意图如图7所示。
由上述内容可知，图6所示的本申请实施例的变流器可以提供4个电平状态，其中两个电平状态分别只需经过Q1和Q4，从而降低电路损耗，提高电路效率。
图8为本申请另一实施例的变流器的示意性电路图。图8所示的变流器可以提供4个电平状态，分别为V1、0、V3和V4。
其中，开关网络中的第一开关电路包括一个桥臂电路，该桥臂电路只包括一个全控性器件Q1。开关网络中的第二开关电路包括两个桥臂电路，一个桥臂电路包括一个全控性器件Q4，一个桥臂电路包括两个全控性器件Q5和Q6。开关网络还包括第三开关电路，第三开关电路包括一个桥臂电路，该桥臂电路包括两个全控性器件Q7和Q8。
图8所示的变流器的工作原理与图7所示的变流器的工作原理类似，为了简洁，此处不再赘述。
图9为本申请另一个实施例的变流器的示意性电路图。图9所示的变流器可以提供5个电平状态，分别为V1、V2、0、V3和V4。
其中，开关网络中的第一开关电路包括两个桥臂电路，一个桥臂电路包括一个全控性器件Q1，一个桥臂电路包括两个全控性器件Q2和Q3。开关网络中的第二开关电路包括两个桥臂电路，一个桥臂电路包括一个全控性器件Q4，一个桥臂电路包括两个全控性器件Q5和Q6。开关网络还包括第三开关电路，第三开关电路包括一个桥臂电路，该桥臂电路包括两个全控性器件Q7和Q8。
图9所示的变流器的工作原理与图7所示的变流器的工作原理类似，为了简洁，此处不再赘述。
图10为本申请另一个实施例的变流器的示意性电路图。图10所示的变流器可以提供5个电平状态，分别为V1、V2、V5、V3和V4。
其中，开关网络中的第一开关电路包括三个桥臂电路，一个桥臂电路包括一个全控性器件Q1，一个桥臂电路包括两个全控性器件Q2和Q3，另一个桥臂电路包括两个全控性器件Q9和Q10。开关网络中的第二开关电路包括两个桥臂电路，一个桥臂电路包括一个全控性器件Q4，一个桥臂电路包括两个全控性器件Q5和Q6。
图10所示的变流器的工作原理与图7所示的变流器的工作原理类似，为了简洁，此处不再赘述。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种变流器，用于连接在直流系统和交流系统之间进行直流和交流的相互变换，其特征在于，所述变流器包括开关网络、滤波器和控制单元，所述开关网络包括第一开关电路和第二开关电路，所述控制单元用于向所述开关网络输出控制信号，所述开关网络用于根据所述控制单元输出的控制信息将所述直流系统输出的直流电转变为多电平，所述滤波器用于根据所述多电平向所述交流系统输出交流电；
所述第一开关电路包括M个储能元件和M个桥臂电路，所述M个桥臂电路中的一个桥臂电路包括一个全控型器件，其余M-1个桥臂电路包括两个反向串联的全控型器件，M为大于或等于1的整数；
所述M个桥臂电路中的第i个桥臂电路的第一端与所述M个桥臂电路中的第i+1个桥臂电路的第一端，通过所述M个储能元件中的第i个储能元件相连，所述M个桥臂电路中的第M个桥臂电路的第一端通过所述M中的第M个储能元件与所述滤波器的第一端相连，所述M个桥臂电路中每个桥臂电路的第二端与所述滤波器的第二端相连，i为大于或等于1、且小于M的整数；
所述第二开关电路包括N个储能元件和N个桥臂电路，所述N个桥臂电路中的一个桥臂电路包括一个全控型器件，其余N-1个桥臂电路包括两个反向串联的全控型器件，N为大于或等于4-M的整数；
所述N个桥臂电路中的第j个桥臂电路的第一端与所述N个桥臂电路中的第j+1个桥臂电路的第一端，通过所述N中的第j个储能元件相连，所述N个桥臂电路中的第N个桥臂电路的第一端通过所述N中的第N个储能元件与所述滤波器的第一端相连，所述N个桥臂电路中每个桥臂电路的第二端与所述滤波器的第二端相连，j为大于或等于1、且小于N的整数；
所述N个桥臂电路和所述M个桥臂电路中的每个全控型器件与所述控制单元连接，所述控制单元具体用于控制所述每个全控型器件的开通和关断。
2.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述开关网络还包括第三开关电路，所述第三开关电路包括两个反向串联的全控型器件，所述第三开关电路的第一端与所述滤波器的第一端连接，所述第三开关电路的第二端与所述滤波器的第二端连接，所述第三开关电路中的每个全控型器件与所述控制单元连接，所述控制单元用于控制所述第三开关电路中的每个全控型器件的开通和关断。
3.根据所述权利要求1或2所述的变流器，M为大于或等于2的整数，且M＝N。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的变流器，其特征在于，每个所述全控型器件包含反向并联的二极管。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的变流器，其特征在于，每个所述桥臂电路中的全控型器件与一个二极管反向并联。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的变流器，其特征在于，所述储能元件为有极电容。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的变流器，其特征在于，所述滤波器的第一端接地。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的变流器，其特征在于，所述滤波器包括功率电感和滤波电容。
9.一种变流器，用于连接在直流系统和交流系统之间进行直流和交流的相互变换，其特征在于，所述变流器包括开关网络、滤波器和控制单元，所述开关网络包括3个储能元件和4个桥臂电路，所述4个桥臂电路中的第一个桥臂电路和第四个桥臂电路分别包括一个全控型器件，第二个桥臂电路和第三个桥臂电路分别包括两个反向串联的全控型器件；
所述第一个桥臂电路第一端通过所述3个储能元件中的第一个储能元件与所述第二个桥臂电路的第一端连接，所述第二个桥臂电路的第一端通过所述3个储能元件中的第二个储能元件与所述滤波器的第一端连接，所述第三个桥臂电路的第一端与所述滤波器的第一端连接，所述第四个桥臂电路的第一端通过所述3个储能元件中的第三个储能元件与所述滤波器的第一端连接，所述四个桥臂电路的第二端均与所述滤波器的第二端连接；
所述4个桥臂电路中的每个全控型器件与所述控制单元连接，所述控制单元用于控制所述每个全控型器件的开通和关断。
10.根据权利要求9所述的变流器，其特征在于，所述滤波器的第一端接地。
CN201611207766.2A 2016-12-23 2016-12-23 变流器 Active CN106787922B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611207766.2A CN106787922B (zh) 2016-12-23 2016-12-23 变流器
EP17882363.9A EP3550713B8 (en) 2016-12-23 2017-08-03 Converter
PCT/CN2017/095758 WO2018113309A1 (zh) 2016-12-23 2017-08-03 变流器
US16/450,360 US20190312524A1 (en) 2016-12-23 2019-06-24 Converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611207766.2A CN106787922B (zh) 2016-12-23 2016-12-23 变流器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106787922A true CN106787922A (zh) 2017-05-31
CN106787922B CN106787922B (zh) 2019-08-27

Family

ID=58919668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611207766.2A Active CN106787922B (zh) 2016-12-23 2016-12-23 变流器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20190312524A1 (zh)
EP (1) EP3550713B8 (zh)
CN (1) CN106787922B (zh)
WO (1) WO2018113309A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018113309A1 (zh) * 2016-12-23 2018-06-28 华为技术有限公司 变流器
WO2024065280A1 (zh) * 2022-09-28 2024-04-04 华为数字能源技术有限公司 多电平变换电路、功率变换器和电力系统

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107154745B (zh) * 2017-06-02 2019-12-13 华为技术有限公司 多电平电路、三相多电平电路及控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102624266A (zh) * 2012-03-16 2012-08-01 华为技术有限公司 三电平逆变电路
JP2013116020A (ja) * 2011-12-01 2013-06-10 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
CN103856089A (zh) * 2014-03-26 2014-06-11 南京理工大学 一种高频隔离式五电平逆变器
WO2015172851A1 (en) * 2014-05-16 2015-11-19 Abb Technology Ag Multi level inverter

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10131961A1 (de) * 2001-07-02 2003-01-23 Siemens Ag N-Punkt-Stromrichterschaltung
KR101136404B1 (ko) * 2009-02-20 2012-04-18 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 전력 변환 장치
CN102763316A (zh) * 2010-02-15 2012-10-31 西门子公司 单相多电平逆变器
CN104038090B (zh) * 2014-06-23 2017-01-04 威凡智能电气高科技有限公司 一种基于逆阻型igbt反并联的t型多电平逆变电路
CN106787922B (zh) * 2016-12-23 2019-08-27 华为技术有限公司 变流器
CN107154745B (zh) * 2017-06-02 2019-12-13 华为技术有限公司 多电平电路、三相多电平电路及控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013116020A (ja) * 2011-12-01 2013-06-10 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
CN102624266A (zh) * 2012-03-16 2012-08-01 华为技术有限公司 三电平逆变电路
CN103856089A (zh) * 2014-03-26 2014-06-11 南京理工大学 一种高频隔离式五电平逆变器
WO2015172851A1 (en) * 2014-05-16 2015-11-19 Abb Technology Ag Multi level inverter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018113309A1 (zh) * 2016-12-23 2018-06-28 华为技术有限公司 变流器
WO2024065280A1 (zh) * 2022-09-28 2024-04-04 华为数字能源技术有限公司 多电平变换电路、功率变换器和电力系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN106787922B (zh) 2019-08-27
WO2018113309A1 (zh) 2018-06-28
EP3550713B1 (en) 2021-11-03
EP3550713A1 (en) 2019-10-09
EP3550713A4 (en) 2019-12-18
EP3550713B8 (en) 2021-12-22
US20190312524A1 (en) 2019-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108566101A (zh) 模块化电源系统
CN104038090B (zh) 一种基于逆阻型igbt反并联的t型多电平逆变电路
CN206698143U (zh) 一种t型变换电路及相应的三相变换电路和变换装置
CN207083025U (zh) 一种t型变换电路及相应的三相变换电路和变换装置
CN206332626U (zh) 功率单元及使用该功率单元的电力电子变换装置
CN206992981U (zh) 一种t型变换电路及相应的三相变换电路和变换装置
CN103701356A (zh) 一种双辅助谐振极型三相软开关逆变器
CN106921306A (zh) T型有源钳位型五电平三相逆变器及并网逆变发电系统
CN206992982U (zh) 一种t型变换电路和相应的三相变换电路
CN206727904U (zh) 一种t型变换电路和相应的三相变换电路
CN103023363A (zh) 一种五电平逆变器
US10148196B2 (en) Inverter and control method thereof
CN106787922B (zh) 变流器
CN106602896A (zh) 一种图腾柱无桥电路及其系统
CN102820801A (zh) 一种多电平逆变器及其控制方法
CN107070231A (zh) 具有多输入的混联变换器和使用其的充换电设施
CN105391371B (zh) 基于六个功率开关管的两相三电平逆变驱动电路
CN206742923U (zh) 双向逆变电机充电装置及双向逆变电机充电系统
CN107332456A (zh) 一种三相无源软开关逆变电路
CN107819403A (zh) 一种双极性软开关直流变压器
CN105099248B (zh) 双输入单相逆变器
CN106712558A (zh) 高可靠性五电平三相双输入逆变器
CN107294400B (zh) 基于高兼容功率单元的牵引变流装置
CN203482096U (zh) 一种双向dc-dc变换器
CN104601002B (zh) 一种稀疏式双级矩阵变换器拓扑结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20211110

Address after: 518043 No. 01, 39th floor, building a, antuoshan headquarters building, No. 33, antuoshan Sixth Road, Xiang'an community, Xiangmihu street, Futian District, Shenzhen, Guangdong Province

Patentee after: Huawei Digital Energy Technology Co., Ltd

Address before: 518129 Huawei headquarters office building, Bantian, Longgang District, Shenzhen, Guangdong

Patentee before: Huawei Technology Co., Ltd

TR01 Transfer of patent right