CN107872164A - 用于模块化多电平电力转换器的按需备用电力单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于模块化多电平电力转换器的按需备用电力单元。提供了为多相多电平逆变器提供旁路冗余的装置。多相多电平逆变器包括备用逆变器级和开关电路。开关电路将备用逆变器级连接在具有被旁路的级的逆变器相第一节点中所选的一个与公共连接节点之间，并且将剩余的逆变器相第一节点与公共连接节点连接。

Description

用于模块化多电平电力转换器的按需备用电力单元
对相关申请的引用
本申请要求2016年9月26日提交的美国临时申请第62/399,560号的优先权和权益，该美国临时申请的主题通过引用全部并入本文。
技术领域
本文公开的主题涉及模块化多电平电力转换系统。
背景技术
电力转换系统将输入电能从一种形式转换成另一种形式以驱动负载。一种形式的电力转换系统是用于电动机负载的变速工作的电机驱动装置。多电平转换器有时用于高电压电机驱动应用，高电压电机驱动应用包括：飞跨电容器设计、中性点钳位(NPC)设计、级联NPC(CNPC)设计、级联H桥(CHB)设计及其他级联和混合拓扑。模块化多电平转换器提供单相或者多相输出以使用模块驱动负载，其中，模块有时被称为单元或级，彼此串联连接在公共连接点(例如，中性连接)与驱动负载之间。在三相示例中，三相腿电路每个包括两个或更多个逆变器模块，逆变器模块的输出彼此串联连接在中性点与驱动电机相之间。在每个相腿电路中，单个级可以在任意给定时间提供两个或更多个输出电压电平中的一个，并且多个级的串联连接提供用于相应的相负载的输出电压。此外，单个级提供逆变器式工作以使用内部开关生成两个或更多个输出电压电平中的一个。
因为逆变器级串联连接，所以级中的一个中的失灵或故障可以造成提供给驱动负载的输出电力的中断。因此，旁路电路系统通常包括在单个级中或者设置在外部，以选择性地将有故障的逆变器级的输出短路。这使得相应的相腿电路中的剩余的级继续将输出电力传送至负载。在这样的情况下，期望提供冗余以用备份或备用逆变器级临时替代有故障的逆变器级。通常，对于需要连接在每个相腿电路中的整数N个逆变器级以适应特定的输出电压需求的多相多电平转换器，n+1冗余防止单个逆变器级的故障。这是通过在每个相腿电路中添加额外的逆变器级并且以相应地减小的调制指数操作N+1个串联连接的级来完成。该所谓的“热冗余”可以提供对故障逆变器级的自动旁路以及剩余逆变器模块的调制指数的相应增加以使系统的操作继续，直到可以适应故障的逆变器级的人工替换为止。类似地，n+2冗余通过向每个相腿电路添加两个额外的逆变器级来为两个逆变器级同时发生故障的情况做准备。然而，这些方法需要为每个相添加一个或两个额外的逆变器级(例如，用于三相系统中的n+1冗余的三个额外的逆变器级)。这增加了最终的电力转换系统的成本、重量和尺寸。
另一方法包括储备备用或备份的逆变器级并且人工替换有故障的逆变器级。然而，该所谓的“冷冗余”方法引起系统的停机时间。此外，由于用在逆变器级中的铝电容器中的铝氧化物层的退化，储备的备份逆变器级的电容随时间退化。该铝氧化物退化因给定的逆变器级的不使用而造成，并且可以采取步骤以通过对级电容器施加电压来恢复或改良铝氧化物材料。然而，这样的额外的步骤需要时间和设备来保证备份逆变器级在被需要时为工作做好了准备。
发明内容
所公开的示例包括为多相多电平逆变器提供旁路冗余的装置和方法。多相多电平逆变器包括备用逆变器级和开关电路。开关电路将备用逆变器级连接在具有被旁路的级的逆变器相第一节点中所选的一个与公共连接节点之间，并且将剩余的逆变器相第一节点与公共连接节点连接。
附图说明
图1至图7是示意图。
图8是流程图。
具体实施方式
所公开的示例有利地提供了非需备用逆变器级可用性，其可以是自动化的以将备用逆变器级选择性地连接在另一逆变器级已经被旁路的相腿电路中。并非在三相系统的每个相腿中提供三个额外的逆变器级，本公开技术可以使用单个备用逆变器级和相关联的开关电路来提供n+1热冗余，其中冗余的逆变器级可以选择性地连接至任何相。类似地，可以设置两个备用逆变器级及相关联的开关电路来实现n+2热冗余。此外，所公开的装置和技术可以与包括但不限于CHB、CNPC级的任何类型或形式的逆变器模块化级联合使用，并且可以与外部或内部单元旁路配置一起使用。
首先参照图1，所公开的示例包括为多相多电平逆变器20提供旁路冗余的装置和系统24-S、32，其中，多相多电平逆变器20包括备用逆变器级24-S和开关电路32，开关电路32将备用逆变器级24-S连接在与被旁路的级或单元24相关联的三个逆变器相第一节点U1、V1、W1中所选的一个与公共连接节点(例如，输出中性点“N”)之间，并且将剩余的逆变器相第一节点U1、V1、W1与中性点N连接。图1示出了具有基于三相13电平CHB逆变器的电机驱动装置20的示例性电力转换系统10，其中，电机驱动装置20具有将切换控制信号28提供给CHB逆变器级24(在附图中标记的“单元”或“级”)的控制器26。虽然在上下文中示出了对于三个电机负载相U、V和W中的每一个具有六个逆变器级24的多相13电平逆变器20，但是可以与在每个相腿电路21中具有任意整数“N”个逆变器级24的单相或多相多电平逆变器联合来实现本公开内容的各个方面，其中，N大于1(例如，9电平或更高电平的逆变器)。此外，虽然示出的实施方式针对电机驱动系统10的每个相利用级联的H桥级24来形成多电平逆变器20，但是可以使用NPC或其他类型和形式的逆变器级24，例如，具有拥有多于或少于四个切换器件的切换电路的级，其中，本公开内容更宽泛的方面的范围不受所示实施方式限制。
图1中的电机驱动系统10包括移相变压器14，移相变压器14具有从AC电源12接收三相电力的多相初级线圈16(在所示实施方式中为三角形配置)。变压器14包括由六组三个延伸的三角形配置的三相次级线圈18组成的18个三相次级线圈18，其中，每组处于不同的相位关系。虽然在所示示例中，初级线圈16和次级线圈18被配置为三角形和延伸的三角形绕组，但是可以可替选地使用“Y”形连接的初级绕组和/或Z字形连接的次级绕组。此外，当变压器具有三相初级绕组16和三相次级绕组18时，可以使用其他单相或多相实现方式。三相次级线圈18中的每一个被耦接以提供AC电力来驱动三相多电平逆变器20的对应逆变器级24的三相整流器。在该示例中，各个逆变器级24包括板载整流器电路。在其他示例中，逆变器模块或级24可以被配置成直接从外部DC源(未示出)接收DC电力。
多电平逆变器20包括三个逆变器相腿电路21-U、21-V和21-W。各个逆变器相腿电路21-U、21-V和21-W包括六个逆变器级24，该六个逆变器级24串联连接在对应的逆变器相输出节点(例如，电机引线)U、V或W与对应的逆变器相第一节点U1、V1或W1之间以在逆变器相输出节点U、V或W处提供相电压信号。该示例中的逆变器20包括18个逆变器级24，每个逆变器级24如图所示连接至变压器14的对应次级线圈18。逆变器20是具有第一逆变器相腿电路21-U的N＝6个级联的H桥逆变器级24-U1至24-U6的13电平逆变器，其中，第一逆变器相腿电路21-U具有彼此串联连接(级联的)在逆变器相第一节点U1与三相电机负载30的第一绕组U之间的输出22-U1至22-U6。第二逆变器相腿电路21-V的六个逆变器级24-V1至24-V6提供串联连接在逆变器相第一节点V1与第二电机相绕组V之间的电压输出22-V1至22-V6。第三逆变器相腿电路21-W的六个逆变器级24-W1至24-W6提供串联连接在电机30的第三绕组W与最后的逆变器相第一节点W1之间的电压输出22-W1至22-W6。开关电路32工作在第一模式下(例如，正常模式工作)以将三个逆变器相第一节点U1、V1和W1连接至电机驱动中性点或其他公共连接节点N。
逆变器级24可根据来自控制器26的多个切换控制信号28来各自地操作。控制器26将控制信号28U提供给与第一电机绕组U相关联的逆变器级24-U1至24-U6，并且还将控制信号28V提供给逆变器级24-V1至24-V6，将控制信号28W提供给逆变器级24-W1至24-W6。控制器26还包括旁路控制部件或电路34，旁路控制部件或电路34操作开关电路32以将备用单元24-S选择性地耦接在串联连接的相腿电路21-U、21-V或21-W中的一个中以在转换器20中提供n+1热冗余。
图2示出了具有形成三相整流器的板载整流二极管D1至D6的示例性H桥逆变器级24的进一步的细节，其中，三相整流器从对应的变压器次级线圈18接收三相AC电力，并且在DC电容器C两端提供DC电力作为由配置在“H”桥电路中的四个切换器件S1至S4形成的H桥逆变器的输入。虽然示出的逆变器级24每个包括由来自对应的变压器次级线圈18的AC输入驱动的整流器电路系统，但是根据本公开内容，可以将任何合适形式的DC输入提供给逆变器级24，逆变器级24可以但不必包括板载整流电路系统。此外，任何合适的切换电路配置均可以用在具有至少两个切换器件S的各个级24中，其中，该至少两个切换器件S被配置成在级输出端22处选择性地提供至少两个不同电平的电压。此外，任何合适类型的切换器件S均可以用在逆变器级24中，该切换器件S包括但不限于基于半导体的开关例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、硅可控整流器(SCR)、门极可关断晶闸管(GTO)、集成门极换流晶闸管(IGCT)等。
图2的H桥电路允许由控制器26生成的选择性切换控制信号在输出端22处以受控方式提供至少两个不同的电压电平。例如，当切换器件S1和S4导通(导电的)而其他器件S2和S3关断(非导电的)时，在输出端子22A和22B处提供正DC电平的大体上等于电容器C两端的DC总线电压VDC的正电压(+VDC)。在S1和S4关断的同时使开关S2和S3导通会导致在输出端22处施加负电压(-VDC)。在开关S1和S3导通并且S2和S4关断的情况下，或者在开关S1和S3关断并且S2和S4导通的情况下，级24的输出电压为零V。因此，示例性H桥逆变器级24有利地允许选择三个不同的输出电压，并且六个这样的级的级联配置(例如，图1和图3)允许由控制器26生成的选择性切换控制信号实现13个不同的电压电平以应用于对应的电机相。注意，可以使用其他可能的切换电路系统来针对各个级24实现2、3或K电平可选输出，其中K是大于1的整数。在其他示例中，提供板载的或外部的旁路开关电路25来根据由旁路控制部件或电路34提供的控制信号35选择性地使级24的输出端子22A和22B短路。此外，如下面进一步详细描述的，图2的示例可以用作备用逆变器级24-S以在多相多电平逆变器20中实现冗余。
在示出的示例中，控制器26将单独的切换控制信号28提供给切换器件S1至S4中的每一个，但是在一些实施方式中，可以组合或共享某些切换控制信号。例如，可以将单个控制信号28提供给切换器件S1和S2，而将另一共享控制信号28用于激励开关S3和S4。控制器也可以生成仅用于器件S1和S3的信号，而用于器件S2和S4的互补信号由器件栅极驱动器的选通单元(图2中未示出)来生成。控制器26使用任何合适的脉宽调制技术(例如对与每个给定的逆变器级24相关联的一个或更多个载波信号或值43、45与参考信号或值进行比较)来生成切换控制信号28。此外，控制器26可以实现任何合适的闭环反馈控制以操作电机30或其他驱动负载，例如，通过改变调制指数以在多个切换控制周期中的每一个中设置脉宽调制的开时间(ontime)或关时间(off-time)的持续时间来实现速度和/或扭矩控制。特别地，调制指数通过相腿电路21中的每一个中的串联连接的逆变器级24的开关操作来确定施加至电机引线U、V和W的AC电压的幅度或电平。
此外，参照图3，多相多电平逆变器20还包括具有一个或更多个备用逆变器级24-S和开关电路32的备用级系统。在一个示例中，备用逆变器级24-S如图2所示被配置成包括备用级输出端22-S和备用级切换电路，其中，备用级切换电路具有耦接在备用级DC电压源与备用级输出端22-S之间的备用级切换器件S1至S4。如前所述，备用单元或备用级24-S可以包括内部旁路电路系统(图3中未示出)，或备用单元或备用级24-S自身可以具有选择性地使其输出端22-S的端子短路的外部旁路电路。备用级切换电路S1至S4根据多个备用级切换控制信号28-S在备用级输出端22-S处提供具有至少两个分立电平中的一个的幅度的输出电压VOUT。其他类型和形式的备用级电路24-S(例如，NPC配置或具有两个或更多个开关的其他开关电路)可以用来根据来自控制器26的切换控制信号28-S提供具有至少两个分立电平或状态中的一个的输出电压。在图3的示例中，相腿电路21的逆变器级24被设置有由来自旁路控制电路34的对应切换控制信号(未示出)操作的外部旁路开关27。图3示出每个相腿电路21包括整数N个单元或级(例如，24-U1至24-UN，24-V1至24-VN以及24-W1至24-WN)并且最底下的级连接至相第一节点U1、V1或W1的一般情况。
开关电路32以第一模式(正常)或第二模式(旁路)操作。在第一模式下，开关电路32将所有逆变器相第一节点U1、V1和W1连接至公共连接节点(例如，中性点N)。在第二模式下，开关电路32实现旁路操作以将备用逆变器级24-S连接在逆变器相第一节点U1、V1或W1中所选的一个与公共连接节点N之间，并且同时保持剩余的逆变器相第一节点U1、V1或W1与公共连接节点N的连接。以该方式，电路32用备用级24-S有效地代替被旁路的(例如，有故障的)逆变器级24。在该示例中，开关电路32包括根据旁路控制电路34来操作的单刀双掷开关32-U、32-V和32-W，其中，旁路控制电路34提供选择控制信号34-U、34-V、34-W以将逆变器相第一节点U1、V1或W1中所选的给定的一个选择性地连接至备用级24-S并且同时保持其他逆变器相第一节点U1、V1或W1与中性点N的连接。以该方式，可以根据需要将备用级24-S选择性地插入到相腿电路21中的一个中，来代替该腿电路21中的被旁路的逆变器级24。在正常(第一模式)的操作中，所有的开关32-U、32-V和32-W处于第一状态或位置以将所有节点U1、V1和W1连接至中性点N。
仅为了说明而将图2的开关25和图3的开关27示为单刀单掷型。图2的开关25和图3的开关27可以是单刀多掷或多刀多掷机械开关。图2的开关25以及图3的开关27、32-U、32-V和32-W也可以是也可用于该目的的由二极管、IGBT以及SCR的组合形成的电子开关。
此外，参照图4，在某些示例中，旁路控制电路34通过整流器级24中给定一个中的故障的检测而被触发以通过激励选择控制信号34-U、34-V或34-W中的一个来将开关电路32置于第二操作模式下。在某些示例中，旁路控制电路34还操作级24的旁路开关(例如，图4的开关27)以使得有故障的级24被旁路。在第二模式下，通过使对应的开关32-U、32-V和32-W处于第二位置或状态并且同时保持其他开关处于第一位置，将节点U1、V1或W1中的所选的一个连接至备用级24-S。在某些示例中，旁路控制电路34可以通过根据计划维修激励选择控制信号34-U、34-V或34-W中的一个或者通过用户激励来将开关电路32置于第二操作模式下，以通过在驱动电机负载30的操作中的使用来恢复备用级24-S的电容器的铝氧化物。当逆变器级24被识别为有故障时，例如图4的第一相腿电路21-U的级24-U2，旁路控制电路34操作与级24-U2相关联的开关27并且将开关32-U置于图4所示的第二位置。
在该第二模式工作的示例中，开关电路32将备用级24-S与相腿电路21-U的非旁路的单元串联连接在输出节点U与中性点N之间。此外，在该配置中，存在与电机相输出U相关联的整数N个操作级24、24-S以及相腿电路21-V和21-W的相等数量的N个操作级24在多相逆变器20中进行操作。控制电路(例如，图1)将切换控制信号28提供给重新配置的相腿电路21的级24，而不必为了继续驱动电机负载30而修改其闭环控制调制指数。如图4所见，在一个示例中，旁路控制电路34在第二操作模式下通过例如为切换控制信号指定路径(否则，切换控制信号已经被提供给被旁路的级24-U2)来将切换控制信号28-S提供给备用级24-S。备用单元24-S被通电作为“热备用”，因此，不需要周期性地改良电力单元中的电解电容的介电铝氧化物层。
此外，参照图5和图6，可以使用彼此串联连接在开关电路32与中性点N之间的两个或更多个备用级24-S来实现n+2或更高水平的冗余。在图5中，提供了两个备用级24-S。图6示出了包括彼此串联连接在开关电路32与中性点N之间的三个备用级24-S的另一示例。在图5的示例中，旁路控制电路34可以适应对相腿电路21的一个中的单个或多个有故障的单元或级24的旁路。在一个有故障的级24的情况下，旁路控制电路34提供控制信号35以使有故障的级24的旁路开关27关闭合并且还使同一相腿电路21中的另一个级24的旁路开关27闭合，同时还将相关联的选择开关32改变至第二位置以将该相腿电路21与备用级24的串联组合连接。对于给定的相腿电路21的两个级24同时有故障的情况，旁路控制电路34使对应的旁路开关27闭合，并且将该相腿电路21的开关32改变至第二位置。相似的操作可以用于图6的示例，以将三个备用级24-S选择性地添加到相腿电路21中的所选的一个中。
图7示出在各个级24中设置内部旁路开关25的另一示例，其中，内部旁路开关25可以由来自旁路控制电路34的旁路控制信号35来操作。然而，如在该示例中所见，备用级24-S也可以包括内部旁路开关25。
现在参照图8，示出了用于向多相多电平逆变器20提供旁路冗余的方法100，其中，多相多电平逆变器20具有串联连接在逆变器相输出节点U、V、W与多个逆变器相腿电路21-U、21-V、21-W的每一个中的对应的逆变器相第一节点U1、V1、W1之间的整数N个逆变器级24。在某些示例中，方法100可以通过电机驱动控制器来实现，例如上述的控制器26和旁路控制电路34。方法100以正常操作在101处开始，在正常操作中控制器26根据闭环控制调制指数提供切换控制信号28来操作每个相腿电路21的整数N个逆变器级以驱动电机负载30。在102处，控制器26检测对应的给定逆变器相腿电路21的给定的逆变器级24中的故障。在104处，控制器26将有故障的给定级24旁路，并且在106处，作为响应而使用开关电路32将一个或更多个备用逆变器级24-S自动地连接在公共节点N与给定的逆变器相腿电路21之间。此外，在108处，控制器26使用开关电路32保持剩余的逆变器相腿电路21的N个逆变器级在公共连接节点N与负载30之间的连接。在110处，控制器根据用于N个逆变器级的闭环控制调制指数将切换控制信号28-S提供给备用逆变器级24-S，并且将切换控制信号28提供给给定的逆变器相腿电路21的剩余的N-1个非旁路的逆变器级24。在112处，控制器26根据闭环控制调制指数将切换控制信号28提供给剩余的逆变器相腿电路21的N个逆变器级，以操作剩余的逆变器相腿电路21中的每一个中的N个逆变器级。
在前面的说明书中，已经参照附图描述了各种实施方式。然而，将明显的是，可以对实施方式做各种修改和改变，并且可以实现另外的实施方式，而不会偏离在所附的权利要求中阐述的本发明的更宽泛的范围。因此，说明书和附图应从说明性的而非限制性的意义上进行看待。此外，术语“耦接”意在包括非直接或直接的电连接或机械连接或电连接与机械连接的组合。例如，如果第一器件耦接至第二器件或与第二器件耦接，则该连接可以是通过直接的电连接或通过经由一个或更多个中间器件合连接的非直接的电连接。

Claims (20)

1.一种多相多电平逆变器，包括：
多个逆变器相腿电路，所述多个逆变器相腿电路各自包括串联连接在逆变器相输出节点与对应的逆变器相第一节点之间以在所述逆变器相输出节点处提供相电压信号的多个逆变器级，各个逆变器级包括：
输出端，以及
切换电路，所述切换电路包括耦接在对应的DC电压源与所述输出端之间的多个切换器件，所述切换电路能够工作用以根据多个切换控制信号在所述输出端处提供具有至少两个分立电平中的一个的幅度的输出电压，所述多个逆变器级的所述输出端串联耦接；以及
备用级系统，所述备用级系统包括：
备用逆变器级，所述备用逆变器级包括备用级输出端和备用级切换电路，所述备用级切换电路包括耦接在备用级DC电压源与所述备用级输出端之间的多个备用级切换器件，所述备用级切换电路能够工作用以根据多个备用级切换控制信号在所述备用级输出端处提供具有至少两个分立电平中的一个的幅度的输出电压，以及
开关电路，所述开关电路能够工作在第一模式下以将所有逆变器相第一节点连接至公共连接节点，并且能够工作在第二模式下以将所述备用逆变器级连接在所述逆变器相第一节点中所选的一个与所述公共连接节点之间并且将剩余的逆变器相第一节点与所述公共连接节点连接。
2.根据权利要求1所述的多相多电平逆变器，还包括旁路控制电路，所述旁路控制电路提供选择控制信号以将所述开关电路置于所述第二模式下，并且使得所述开关电路响应于包括所述逆变器相第一节点中所述所选的一个的所述逆变器相腿电路中的所述多个逆变器级中给定的一个的旁路而将所述备用逆变器级连接在所述逆变器相第一节点中所述所选的一个与所述公共连接节点之间。
3.根据权利要求2所述的多相多电平逆变器，其中，所述旁路控制电路提供旁路信号以将所述多个逆变器级中所述给定的一个旁路，并且提供所述选择控制信号以使得所述开关电路将所述备用逆变器级连接在包括所述多个逆变器级中所述给定的一个的所述逆变器相腿电路的所述逆变器相第一节点与所述公共连接节点之间。
4.根据权利要求1所述的多相多电平逆变器，其中，所述多个逆变器级是各自包括耦接在对应的所述DC电压源与对应的所述输出端之间的四个切换器件的H桥级，所述多个逆变器级各自能够工作用以根据对应的所述切换控制信号在对应的所述输出端处提供具有至少两个分立电平中的一个的幅度的输出电压。
5.根据权利要求1所述的多相多电平逆变器，其中，所述备用逆变器级是包括耦接在所述备用级DC电压源与所述备用级输出端之间的四个切换器件的H桥级。
6.根据权利要求1所述的多相多电平逆变器，其中，所述备用级系统还包括第二备用逆变器级，所述第二备用逆变器级包括第二备用级输出端和第二备用级切换电路，所述第二备用级输出端与所述备用级输出端串联连接，所述第二备用级切换电路包括耦接在第二备用级DC电压源与所述第二备用级输出端之间的第二多个备用级切换器件，所述第二备用级切换电路能够工作用以根据第二多个备用级切换控制信号在所述第二备用级输出端处提供具有至少两个分立电平中的一个的幅度的输出电压；并且其中，所述开关电路能够工作在所述第二模式下以将所述备用逆变器级连接在所述逆变器相第一节点中所述所选的一个与所述公共连接节点之间，并且将剩余的逆变器相第一节点与所述公共连接节点连接。
7.根据权利要求6所述的多相多电平逆变器，还包括旁路控制电路，所述旁路控制电路提供选择控制信号以将所述开关电路置于所述第二模式下，并且使得所述开关电路将所述备用逆变器级连接在所述逆变器相第一节点中所述所选的一个与所述公共连接节点之间。
8.根据权利要求7所述的多相多电平逆变器，其中，所述旁路控制电路提供旁路信号以将所述多个逆变器级中给定的一个旁路，并且提供所述选择控制信号以使得所述开关电路将所述备用逆变器级连接在包括所述多个逆变器级中所述给定的一个的所述逆变器相腿电路的所述逆变器相第一节点与所述公共连接节点之间。
9.根据权利要求1所述的多相多电平逆变器，还包括多个外部旁路开关电路，所述多个外部旁路开关电路各自耦接以将所述多个逆变器级中对应的一个的所述输出端选择性地旁路。
10.根据权利要求1所述的多相多电平逆变器，其中，所述各个逆变器级包括内部旁路开关电路，所述内部旁路开关电路将所述逆变器级的所述输出端选择性地旁路。
11.一种为多相多电平逆变器提供旁路冗余的备用级系统，所述多相多电平逆变器在多个逆变器相腿电路中的每一个中具有串联连接在逆变器相输出节点与对应的逆变器相第一节点之间的多个逆变器级，所述备用级系统包括：
备用逆变器级，所述备用逆变器级包括备用级输出端和备用级切换电路，所述备用级切换电路包括耦接在备用级DC电压源与所述备用级输出端之间的多个备用级切换器件，所述备用级切换电路能够工作用以根据多个备用级切换控制信号在所述备用级输出端处提供具有至少两个分立电平中的一个的幅度的输出电压；以及
开关电路，所述开关电路能够工作在第一模式下以将所有逆变器相第一节点连接至公共连接节点，并且能够工作在第二模式下以将所述备用逆变器级连接在所述逆变器相第一节点中所选的一个与所述公共连接节点之间并且将剩余的逆变器相第一节点与所述公共连接节点连接。
12.根据权利要求11所述的备用级系统，还包括旁路控制电路，所述旁路控制电路提供选择控制信号以将所述开关电路置于所述第二模式下，并且使得所述开关电路响应于包括所述逆变器相第一节点中所述所选的一个的所述逆变器相腿电路中的所述多个逆变器级中给定的一个的旁路而将所述备用逆变器级连接在所述逆变器相第一节点中所述所选的一个与所述公共连接节点之间。
13.根据权利要求12所述的备用级系统，其中，所述旁路控制电路提供旁路信号以将所述多个逆变器级中所述给定的一个旁路，并且提供所述选择控制信号以使得所述开关电路将所述备用逆变器级连接在包括所述多个逆变器级中所述给定的一个的所述逆变器相腿电路的所述逆变器相第一节点与所述公共连接节点之间。
14.根据权利要求12所述的备用级系统，其中，所述备用逆变器级是包括耦接在所述备用级DC电压源与所述备用级输出端之间的四个切换器件的H桥级。
15.根据权利要求12所述的备用级系统，还包括第二备用逆变器级，所述第二备用逆变器级包括第二备用级输出端和第二备用级切换电路，所述第二备用级输出端与所述备用级输出端串联连接，所述第二备用级切换电路包括耦接在第二备用级DC电压源与所述第二备用级输出端之间的第二多个备用级切换器件，所述第二备用级切换电路能够工作用以根据第二多个备用级切换控制信号在所述第二备用级输出端处提供具有至少两个分立电平中的一个的幅度的输出电压；
其中，所述开关电路能够工作在所述第二模式下以将所述备用逆变器级连接在所述逆变器相第一节点中所述所选的一个与所述公共连接节点之间，并且将剩余的逆变器相第一节点与所述公共连接节点连接。
16.根据权利要求11所述的备用级系统，还包括第二备用逆变器级，所述第二备用逆变器级包括第二备用级输出端和第二备用级切换电路，所述第二备用级输出端与所述备用级输出端串联连接，所述第二备用级切换电路包括耦接在第二备用级DC电压源与所述第二备用级输出端之间的第二多个备用级切换器件，所述第二备用级切换电路能够工作用以根据第二多个备用级切换控制信号在所述第二备用级输出端处提供具有至少两个分立电平中的一个的幅度的输出电压；
其中，所述开关电路能够工作在所述第二模式下以将所述备用逆变器级连接在所述逆变器相第一节点中所述所选的一个与所述公共连接节点之间，并且将剩余的逆变器相第一节点与所述公共连接节点连接。
17.根据权利要求11所述的备用级系统，其中，所述备用逆变器级是包括耦接在所述备用级DC电压源与所述备用级输出端之间的四个切换器件的H桥级。
18.一种为多相多电平逆变器提供旁路冗余的方法，所述多相多电平逆变器在多个逆变器相腿电路中的每一个中具有串联连接在逆变器相输出节点与对应的逆变器相第一节点之间的整数N个逆变器级，所述方法包括：
检测对应的给定逆变器相腿电路的给定逆变器级中的故障；
响应于检测到给定逆变器级中的故障，将所述给定逆变器级的输出电路旁路；以及
响应于检测到给定逆变器级中的故障，使用开关电路将备用逆变器级自动地连接在公共节点与所述给定逆变器相腿电路之间。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
根据用于N个逆变器级的闭环控制调制指数，将切换控制信号提供给所述备用逆变器级，并且将切换控制信号提供给所述给定逆变器相腿电路的N-1个非旁路的逆变器级；以及
根据所述闭环控制调制指数，将切换控制信号提供给剩余的逆变器相腿电路的所述N个逆变器级，以操作所述剩余的逆变器相腿电路中的每一个的所述N个逆变器级。
20.根据权利要求19所述的方法，包括使用所述开关电路保持所述剩余的逆变器相腿电路中的每一个的所述N个逆变器级在所述公共节点与负载之间的连接。
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