CN1720655B - 转换器和用于控制转换器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制转换器方法，所述转换器用于dc电压到ac电压或dc电压的转换及反之转换，其中，所述转换器的输出可以在所谓不同主状态的形式下轮流被连接至该转换器正极(7)，负极(8)或dc电压侧的中心(23)，当经所谓小换向回路在主状态之间发生改变时，便以如下形式执行一个额外程序：相对于该转换器的一对单元中另一单元的半导体元件(14，15)延迟接通该转换器一个单元的半导体元件(13，16)。

Description

转换器和用于控制转换器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制转换器的方法以及一种用于dc电压到ac电压或dc电压的转换或相反转换的转换器。
因此本发明还涉及电压转换，其中该转换器的至少一侧加载dc电压，但其它侧不必一定加载ac电压，但所述输出也可以属于dc/dc转换器形式的转换器的第二侧，所述dc/dc转换器被用于改变dc的电平。但是，为了阐述本发明但并不限于此，带有所述输出与ac电压线相连的转换器的情况，即：dc电压和ac电压之间的转换将在以后进行描述。为此，所要描述的是VSC(电压型转换器)类型的转换器，该转换器通过在所述主状态之间切换根据脉宽调制模式在转换器的输出端产生一系列具有限定振幅的脉冲。这种转换器可被用于所有将dc电压转换成ac电压及反之的情况，因此，这些实例应用于高压直流(HVDC)设备的电站中，其中，dc电压通常被转换成三相ac电压或反之，或应用于所谓背对背电站中，其中，ac电压首先被转换成dc电压，然后再将该dc电压转换成ac电压，以及应用于SVC(静止型无功补偿器)，其中，所述dc电压侧有一个或多个自由悬挂电容器。所述转换器的ac侧还可以与ac电动机相连用于驱动该电动机，或与ac发电机相连。
另外，应指出，所述方法用于控制具有至少六个单元的所述转换器，这意味着，对于所述输出端的电压至少可获得三个不同电平，但对于转换器来说具有几个这种单元是完全可能的，因此，可获得多于四种主状态，并可获得输出端电压的多于三个的电平。在本文中，几个这种类型的转换器可构成多相转换器的一部分，例如三相，但也可以将本身设计成一个转换器用于dc电压和单相ac电压之间的转换。
而且，本发明不限于所述第一dc电压侧的任何特定电压电平或要处理的功率的大小。前者优选地在1kV～500kV中。
当将ac电压转换成dc电压时，用具有至少三个电平的转换器来代替二电平桥的一个优点是根据所述脉宽调制模式可以用相当低的频率来切换这些单元中的半导体元件以获得给定品质的ac电压侧曲线形状。在这种方法中，可以大大减少切换损耗，这样通过这种三电平转换器便有可能发送比二电平桥更高的功率，这是由于能允许更高的导通状态损耗。同时，降低了脉宽调制过程产生的谐波。
背景技术
在说明的引言部分所定义的这种方法始见于瑞典专利517427。该瑞典专利描述的方法是用于控制含有所述六个单元转换器现有技术的改进，提出如何比以前更一致地在不同单元之间分布切换损耗。在瑞典专利517427的方法实施例中，通过仅使用这些单元中半导体元件的四个不同状态，使得控制这些单元中半导体元件的实际方法将非常简单。它指出，实质上该实施例当然还有第五种可能的状态，即所述转换器未运行及所有半导体元件均关断。由于第一和第六单元中的半导体元件在相应主状态中被控制成同一位置，接通或关断，而且第四和第五单元中的半导体元件在相应主状态中被控制成同一位置，接通或关断，因此可以对第一和第六单元以及第四和第五单元中的半导体元件分别使用同一控制信号。
可以说，虽然这有利于成对的四个单元中的半导体元件的连锁，本发明的发明者已认识到，给这种成对单元中的半导体元件提供控制信号以将它们同时接通或关断有时可能存在问题。这是由于所述半导体元件在切换期间会因其是否载流而对这种控制信号反映不同，也就是说是无源电压切换还是实电流换向的问题。无源电压切换处理可以比实电流换向快的多，因此，在一种情况中半导体元件接通或关断明显要快于其它情况。考虑到换向期间电流的方向，这意味着会出现短暂的高电压尖峰通过任何所述单元，这会损坏上述半导体元件。换言之，所述半导体元件或者至少在特定单元中的这种元件，在大多数情况下都必须在设计上加大其电压承受能力以便处理这些电压尖峰，这将造成其不必要的昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法以及一种引言中定义的这种转换器，这可以解决上述缺陷，因此无须加大所述半导体元件便可以确保在切换操作期间没有半导体元件因电压尖峰而遭到损坏。
根据本发明，通过引言中定义的这种方法的提供来实现此目的，其中，当主状态之间经所谓的小换向回路发生改变时，即：小换向回路是在所述正极到所述输出的连接和第三主状态之间发生改变时，或在所述负极到所述输出的连接和第四主状态之间发生改变时，在即将到来的主状态中要被接通且属于一个所述单元对的半导体元件将被同时接通的情况下，以如下方式执行一个额外程序：相对于所述对中另一单元的半导体元件，那一对单元中的一个单元的在要被变成的主状态中要被接通的半导体元件将延迟接通。
因此，发明者已认识到：经所谓的小换向回路在主状态之间发生改变时会出现电压尖峰的问题，以及在此换向期间可通过引入一个相对于所述对中的另一单元的半导体元件，而延迟接通所述一对单元中一个单元的半导体元件来解决该问题。通过该延迟，基本上能保证不会有高于所述正极和负极之间的一半电压加在第二或第三单元上。因此，就转换器其它单元的半导体元件的电压承受能力而言，不必加大所述单元的半导体元件。
根据本发明，当根据所述小换向回路主状态改变时，总独立于输出端的电流方向来执行所述额外程序。已经指出所述电压尖峰的问题起因于所述换向期间的电流方向，但通过独立于电流方向执行所述额外程序，可大大简化根据本发明的方法并提高其可靠性。
根据本发明的实施方案，所述额外顺序是在下述情况中被执行：在要被变成的主状态中要被接通的所述对的单元的那个单元的半导体元件要被同时接通；在没有额外顺序下，在所述dc电压侧的所述正极和所述负极之间的全电压上的电压尖峰将被加在第二或第三单元(S2，S3)中未属于小换向回路的一个单元上。
在这方面，已经指出这有利于将相应一对单元的外部单元中的半导体元件相对于该对中的另一单元进行延迟接通，其中，外部单元是第一或第四单元，而另一单元是第六或第五单元。
根据本发明另一优选实施方案，所述延迟小于所述主状态通常周期的十分之一，优选的小于其百分之一。这样，要点是由所述延迟得到的中间状态应具有一个周期，在本文中，相对于主状态，该周期相当短，因此除了避免电压尖峰通过所述半导体元件之外，实际上不会影响该转换器的操作结果。
根据本发明另一优选实施方案，可以这样控制所述单元的半导体元件：在两个主状态之间，总得到一个所谓空状态以避免不允许被同时接通的那些半导体元件暂时地至少部分地被接通，并且在这个空状态期间，半导体元件能在随后接通其它半导体元件之前被关断。这样，便能避免所述该转换器的局部短路，例如，用该转换器dc电压侧的电容短路来确定dc电压。
根据本发明又一实施方案，控制所述半导体元件使处于所述主状态之间的那些状态的周期最短以避免在该转换器中获得并行电流，在所述状态，第二和第六单元中的半导体元件被同时接通或第三和第五单元中的半导体元件被同时接通。原因是：已指出如果所述第二和第六单元中的半导体元件或第三和第五单元中的半导体元件在位于所述主状态之间的中间状态被同时接通，就可能伴随着转换器未定义操作状态，独立于该转换器输出端的电流方向形成并行电流。所述转换器的这些并行电流及未定义操作状态的问题可通过尽可能缩短这些中间状态得到解决。
仍根据本发明另一优选实施方案，当通过大换向回路在主状态之间发生改变时，即：大换向回路是当在第一主状态和第四主状态之间发生改变或在第二主状态和第三主状态之间发生改变时，可用同一控制脉冲来控制属于同一单元对的那些半导体元件，这样在改变期间这些半导体元件便能保持相同的位置一关断或接通。已指出：独立于该转换器输出端的电流方向，在所谓大换向回路的换向期间不会出现所述电压尖峰的问题，这样，在这种情况下可通过对属于相同对的半导体元件使用同一控制脉冲来简化该方法。
仍根据本发明另一实施方案，在每个所述单元中有多个半导体元件串联的转换器中应用本方法，而且其中对属于相同单元的半导体元件使用同一控制脉冲来控制。根据本发明的该方法特别适合于那些转换器，即需要串联多个半导体元件来为其保持一个该单元必须保持在其锁定状态的电压，这是由于在这种情况下，因半导体元件之间的微小差别使某些半导体元件可能已经被加有略高于其它半导体元件的电压，而且在这种情况下，极其重要的是能够避免所述电压尖峰以消除这些半导体元件被损坏的危险，进而避免其它半导体元件被损坏。
根据本发明的一个方面，一种用于控制转换器的方法，所述转换器用于dc电压到ac电压的转换或相反转换，包括：
·串联连接第一单元、第二单元、第三单元和第四单元，它们被安排在以所述转换器dc电压侧形式的第一侧的两极一一个正极和一个负极之间，所述第一单元、第二单元、第三单元和第四单元的每个单元包括一个栅极可关断半导体元件和一个与之反并联连接的二极管，所述第一单元、第二单元、第三单元和第四单元的每个单元按从正极到负极的串联连接顺序的给定顺序排列，
·该转换器第二侧的线路被连接至第二和第三单元之间的串联连接的指定输出的第一中心，
·在所述第一侧在所述两极之间安排的两个串联连接的电容器，将这两极设置在振幅相同的但相对于第一侧的中心符号相反的电压电平，所述第一侧的中心是这两个电容器之间的一点，
其中，
·所述第一和第二单元之间串联连接的第二中心经第五单元被连接至第一侧的中心，所述第五单元包括一个栅极可关断半导体元件和一个二极管，其中，所述第五单元的二极管与所述第五单元的半导体元件反并联连接，这个二极管是以它的导通方向相对于输出与第二单元的二极管的导通方向相反地连接的，
·第三和第四单元之间串联连接的第三中心、经第六单元被连接至第一侧的中心，所述第六单元包括一个栅极可关断半导体元件和一个二极管，其中，所述第六单元的二极管与所述第六单元的半导体元件反并联连接，这个二极管是以它的导通方向相对于输出与第三单元的二极管的导通方向相反地连接的，
·第一、第二、第三、第四、第五和第六单元的半导体元件被控制接通和关断，以便在该转换器中获得如下四个主状态，根据第一主状态所述输出与所述第一侧的正极相连，根据第二主状态所述输出与所述负极相连，或根据两个不同的零状态的任一个，所述输出与所述第一侧的中心相连，这里，
·第一、第二和第六单元在第一主状态期间被接通，
·第三、第四和第五单元在第二主状态期间被接通，
·所述两个不同的零状态的第一个为第三主状态，其中所述第二和第五单元处于导通状态，以及
·所述两个不同的零状态的第二个为第四主状态，其中所述第三和第六单元处于导通状态；
其中，
·所述第一和第六单元组成一对，使这两个单元的所述半导体元件在相应主状态中被控制设置在相同情况、即或接通或关断，
·所述第四和第五单元组成一对，使这两个单元的这些半导体元件在相应主状态中被控制设置在相同情况、即或接通或关断，而且，
·总是经所述第三或第四主状态在第一和第二主状态之间变化，其特征在于，
当经小换向回路在主状态之间发生改变时，其中，当小换向回路在所述正极到所述输出的连接和所述第三主状态之间发生改变，或者在所述负极到所述输出的连接和所述第四主状态之间发生改变时，至少当电流方向在跨越不属于该小换向回路的第二或第三单元的所述dc电压侧的所述正极和所述负极之间的全电压呈现电压峰值时，在要变成的主状态中要被接通且属于所述各对单元中的一对的半导体元件将被同时接通的情况下，以如下方式执行一个额外顺序：在要被变成的主状态中要被接通的那对单元的一个单元中的半导体元件相对于所述那对单元的另一个单元中的半导体元件将延迟接通。
根据本发明的另一个方面，一种用于dc电压到ac电压的转换或相反转换的转换器，包括：
·串联连接的第一单元、第二单元、第三单元和第四单元，它们被安排在以所述转换器dc电压侧形式的第一侧的两极、即一个正极和一个负极之间，所述第一单元、第二单元、第三单元和第四单元的每个单元包括一个栅极可关断半导体元件和一个与之反并联连接的二极管，而所述第一单元、第二单元、第三单元和第四单元的每个单元按从正极到负极的串联连接顺序的给定顺序排列，
·该转换器第二侧的线路被连接至第二和第三单元之间的串联连接的被指定输出的第一中心，
·在所述第一侧在所述两极之间安排两个串联连接的电容器，用于将这两极设置在幅值相同的但相对于第一侧的中心符号相反的电压电平，所述第一侧的中心是这两个电容器之间的一点，
其中，
·所述第一和第二单元之间串联连接的第二中心经第五单元被连接至第一侧的中心，所述第五单元包括一个栅极可关断半导体元件和一个二极管，其中，所述第五单元的二极管与所述第五单元的半导体元件反并联连接，这个二极管是以它的导通方向相对于输出与第二单元的二极管的导通方向相反来连接的，
·第三和第四单元之间串联连接的第三中心经第六单元被连接至所述的第一侧中心，所述第六单元包括一个栅极可关断半导体元件和一个二极管，其中，所述第六单元的二极管与所述第六单元的半导体元件反并联连接，这个二极管是以它的导通方向相对于输出与第三单元的二极管的导通方向相反来连接的，以及
·装置，配置成控制所述第一单元、第二单元、第三单元、第四单元、第五单元和第六单元的半导体元件接通和关断，以便在该转换器中获得如下四个主状态，根据第一主状态所述输出与所述第一侧的正极相连，根据第二主状态所述输出与所述负极相连，或根据两个不同的零状态的任一个，所述输出与所述第一侧的中心相连，这里，
·第一、第二和第六单元在第一主状态期间被接通，
·第三、第四和第五单元在第二主状态期间被接通，
·所述两个不同的零状态的第一个为第三主状态，其中所述第二和第五单元处于导通状态，以及所述两个不同的零状态的第二个为第四主状态，其中所述第三和第六单元处于导通状态；其中，
·所述第一和第六单元组成一对，使得设置所述装置来控制所述第一和第六单元的半导体元件在相应主状态中呈现相同位置、即或接通或关断，
·第四和第五单元组成一对，使得设置所述装置来控制所述第四和第五单元的半导体元件在相应主状态中呈现相同位置、即或接通或关断，而且
·设置所述装置来控制所述半导体元件以便总是能经第三或第四主状态在第一和第二主状态之间发生变化，
其特征在于，当经小换向回路在主状态之间发生改变时，其中当小换向回路在所述正极到所述输出的连接和所述第三主状态之间发生改变时，或在所述负极到所述输出的连接和所述第四主状态之间发生改变时，至少当电流方向在跨越不属于该小换向回路的第二或第三单元的所述dc电压侧的所述正极和所述负极之间的全电压呈现电压峰值时，在要变成的主状态中要被接通且属于所述各对单元中的一对的半导体元件将被同时接通的情况下，所述装置被设置成以如下形式根据额外顺序来控制这些半导体元件：要被接通的那对单元的一个单元中的半导体元件相对于所述那对单元中的所述另一个单元中的半导体元件将延迟接通。
本发明还涉及一种根据所附转换器独立权利要求的转换器，与现有技术的那类转换器相比，通过上述根据本发明的方法及其优选实施方案的描述，这种转换器的优点应完全清楚了。
本发明的其它优点及有利特点通过以下描述及其它附属权利要求将变得清楚明确。
附图说明
下面将参照附图对本发明优选实施方案也称实施例，进行描述，其中：
图1示例性示出具有三级的这类转换器，根据本发明的方法可应用于此，
图2示例性示出如何将脉宽调制模式加在根据图1的转换器的相输出上，
图3为一简单框图，示出控制根据本发明图1的转换器的原理。
具体实施方式
图1所示为上述瑞典专利517 427所描述的那类三级转换器的构成。在此示出该转换器如何示出三个所谓相引线1-3，每个引线有一个相输出4-6用于该转换器的ac电压侧经电抗器和/或变压器连接至三相ac电压网，但在下文中只讨论这些相引线中的一个。该转换器还完全可能被单相ac电压网或所述ac电压侧除了被连接至ac网，也可被连接至发电机或电动机。该转换器为所谓的电压源转换器，示出四个单元S1～S4相串联，所述四个单元位于该转换器电压侧的两极之间一一正极7和负极8，所述单元每个均包括一个栅极可关断半导体元件13-16和一个与此反并联的二极管17-20，并按从正到负极的串联顺序被排列。
两个串联的电容21，22被安排在所述两极之间，在此之间(通常的情况)的点23(所述dc电压侧的中心)经阻抗z与接地9相连，这样该阻抗可以从零(＝所述dc电压侧的中心直接接地)变化到值x(＝所述dc电压侧的中心经例如电阻R或电感L接地的阻抗)直到值xmax(＝无接地中心，其中所述接地仅由所述dc电压侧的中心与接地之间的杂散电容决定)，以便这样将电位+U/2和-U/2分别加在每个相应的极上，所以两极7、8之间的电压为U。
第一和第二单元串联的第二中心24经第五单元S5与所述dc电压侧的中心相连，所述第五单元含有导通方向相对于相输出4与第二单元的二极管的导通方向相反的二极管26，和与之反并联连接的栅极可关断半导体元件10，而且第三和第四单元之间串联的第三中心27经所述第六单元S6与所述dc电压侧的中心相连，所述第六单元含有导通方向相对于相输出与第三单元的二极管的导通方向相反的二极管29，和与之反并联连接的栅极可关断半导体元件11。
例如，所述单元S1-S6的栅极可关断半导体元件可以是IGBT或GTO。虽然每个单元只示出一个IGBT或GTO，但这可以表示多个串联、同时被控制的IGBT或GTO，这也是通常的情况，这是由于需要大量这种半导体元件来保持每个单元必须保持在所述锁定状态的电压，例如，当所述dc电压侧电压超过10kV时。每个示出的所谓续流二极管也可能代表大量串联的二极管。
所述转换器中包含的这些半导体元件由示意性示出的装置30来控制接通和关断，以便轮流将所述dc电压侧的中点、正极和负极连接至相应相引线的相输出，用于产生一系列具有规定振幅并符合该相输出端的脉宽调制模式(PWM)的脉冲。在本文中，所述脉宽调制频率明显高于该转换器相输出上的普通正弦交流电流的基本频率，有利的至少高五倍，更好的高10倍，最好的高20倍。因此，所述脉宽调制频率优选地可以为1-2kHz的数量级，而基本频率，即所述相输出端相电流的基音频率，典型地为50Hz或60Hz。但是，在转换器连接有发电机或电机的情况下，电流的频率可以在大范围内变化。
该转换器可以以不同方式运行，如：作为整流器或换流器用于有功功率的传输，或用于无功功率的传输，或用于有功和无功功率组合的传输。
所述dc电压侧的中心23可通过两个不同的所谓零状态、也即第一零状态和第二零状态与相输出4相连，在所述第一零状态中第二S2和第五S5单元处于导通状态，在所述第二零状态中第三S3和第六S6单元处于导通状态。选择零状态的这种可能性有利于用来控制所述转换器，这样，切换及导通状态损耗的总和能更均匀的分布在所述六个单元中的四个半导体元件之间，而这种控制是如何进行的在瑞典专利517 427中有更详细的描述。
优选地安排装置30以便控制所述单元中的这些半导体元件，这样，所述两个零状态在单位时间内出现的次数基本相同，而且在本文中，这有利于控制半导体元件，以便基本上每次都会选中一个所述的零状态，选中的那个零状态与时间上略先于它的这个零状态相反。
控制装置30被设计用来控制所述单元S1-S6的半导体元件的接通和关断，这样，在该转换器中便轮流获得四个主状态，其形式为：第一，输出与第一侧的正极相连，其中至少S1和S2的半导体元件必须被接通；第二，输出与负极相连，其中至少S3和S4的半导体元件必须接通；或经任何所述的两个零状态与中心相连。正如瑞典专利517 427的控制方法，在本发明的方法中，在单元对S1、S6和S4、S5之间会参照其在相应主状态的位置建立连锁，这样，属于同一对的元件被同时接通或关断。在本文中，能确保在将被接通的半导体元件得到接通信号之前，相反单元的那些半导体元件均得到关断信号。如果没有实现这种连锁，而且，例如当从第四向第一状态转换时，S1、S6在S4、S5被关断之前被接通，那么电容21和22将会被暂时短路并出现大的短路电流。
图2所示为可以用于图1所示这类转换器的脉宽调制模式的典型式样。这里，所示正弦曲线31是转换器相输出4的电压参考值，而清楚的是，当所述参考值为正时，dc电压侧的正极和中心23轮流与相输出相连，即：当切换宽度发生变化时，为正脉冲和零脉冲，而当所述参考值为负时，则在负脉冲和零脉冲之间变化。
图3非常示意性地示出实际中如何通过控制装置30进行控制。对应于所述相输出电压参考值的某一参考值出现在脉宽调制发生器34的33处，该脉宽调制发生器制备图2所示的脉宽调制模式，并在其输出35向零阶选择器36发送一个脉宽调制信号，令所述相输出上产生一个正、负或零脉冲，当所述相输出加有零脉冲时，该零阶选择器便向装置37发送一个包含要选择哪个零状态的信息的脉宽调制信号，用于控制不同单元S1-S6的半导体元件接通或关断，用六个箭头38表示到所述半导体元件。
本发明的发明者已认识到，在瑞典专利517 427的方法中，不同主状态之间的某些换向中，基本上位于所述dc电压侧两极之间的全电压U上的短暂电压尖峰将施加在任何两个内部单元上，即：S2或S3。这会导致该单元的一个或多个半导体元件严重失灵，除非这些单元远远超过电压承受能力，这是昂贵的。尤其，当经所谓小换向回路在主状态之间，即在所述正极到输出的连接和第三零状态之间，或者在负极到输出的连接和第四零状态之间变化时，就会出现这个问题。这是由于所述这些单元的不同动作取决于半导体元件的无源电压切换或实电流换向。这能通过在第一主状态(其中S1、S2和S6被接通)和第三主状态(其中S2、S5和S4被接通)之间变化来证明。如果在这种情况下，S1和S6被关断之后同时接通S4和S5，那么由于S1还有电流，就需要花相当多的时间来接通S5中的半导体元件，并将电流从S1换向到该元件，这样，所述输出4暂时仍将有与所述dc电压侧正极相同的电位。反之，如果S4中的半导体元件被同时接通，这将涉及无任何电流换向的无源电压切换，那么，所述负极的电位将被迅速连接至S3和S4之间的点27，这样，所述dc电压两极之间的全电压就会暂时整个加在S3上。但是，本发明解决这个问题是通过经所谓的小换向回路在主状态之间变化时以如下方式引入额外程序：相对于所述对中另一单元的半导体元件使将要被接通的这对的一个单元中的半导体元件延迟接通。在刚描述的例子中，这意味着S4中的半导体元件相对于S5中的半导体元件延迟接通，这样便有时间进行所述的电流换向，而且在S4中的半导体元件被接通之前，所述相向输出4处于零电位，因此，所述dc电压只有一半加在S3上。该延迟相对于所述主状态的正常周期非常短，并且典型的比例是所述延迟，为小于所述主状态的通常周期的十分之一，优选地小于百分之一，例如，可以是5μs/1000μs。
除了所谓小换向回路中的这些所谓额外程序，还这样控制这些单元的半导体元件，使得在两个主状态之间，总有一个所谓空状态以避免不允许被同时接通的那些半导体元件应该暂时至少部分地被接通，并且在该状态期间，这种半导体元件在随后接通其它这种半导体元件之前有时间被关断。这些空状态的周期与所述延迟具有相同的数量级，且从而与所述主状态的通常周期相比极短。它们在所有主状态之间、也即当不执行所述额外程序时的所谓大换向回路中被引入。
另外，控制半导体元件使位于所述主状态之间的那些状态的周期最短以避免在该转换器中获得并行电流，在所述状态第二和第六单元中的半导体元件被同时接通或第三和第五单元中的半导体元件被同时接通。
这引出如下控制表用于表示经本发明所谓换向回路在主状态之间发生的改变：
表1-4所示为经所谓小换向回路在主状态之间变化期间含有额外程序的本发明方法，其中，B表示空状态，E表示一个额外程序。相应地，经两个所谓换向回路在主状态之间的变化总结在表5和表6中。那里清楚的显示没有使用额外程序。
表1
  S1   S2   S3   S4   S5   S6
  1+   1   1   0   0   0   1
  B   0   1   0   0   0   0
  E   0   1   0   0   1   0
  3N   0   1   0   1   1   0
表2
  S1   S2   S3   S4   S5   S6
  3N   0   1   0   1   1   0
E 0 1 0 0 1 0
  E   0   1   0   0   1   1
  B   0   1   0   0   0   1
  1+   1   1   0   0   0   1
表3
  S1   S2   S3   S4   S5   S6
  2-   0   0   1   1   1   0
  B   0   0   1   0   0   0
  E   0   0   1   0   0   1
  4N   1   0   1   0   0   1
表4
  S1   S2   S3   S4   S5   S6
  4N   1   0   1   0   0   1
  E   0   0   1   0   0   1
  E   0   0   1   0   1   1
  B   0   0   1   0   1   0
  2-   0   0   1   1   1   0
表5
  S1   S2   S3   S4   S5   S6
  1+   1   1   0   0   0   1
  B   1   0   0   0   0   1
  4N   1   0   1   0   0   1
  B   1   0   0   0   0   1
  1+   1   1   0   0   0   1
表6
  S1   S2   S3   S4   S5   S6
  2-   0   0   1   1   1   0
  B   0   0   0   1   1   0
  3N   0   1   0   1   1   0
  B   0   0   0   1   1   0
  2-   0   0   1   1   1   0
根据表1，已在高位上转换了该变化。根据表2，所述变化可作如下解释。在S2，S5和S6导通的第二中间状态之前，引入S2和S5导通的中间状态，否则，会有S4和S6被暂时同时接通及电容22短路的危险。以S2，S5和S6被接通的状态的形式的所述额外程序，会使S3和S4之间的中点27在所述相输出被连接至正极之前变为零。重要的是S2和S6被接通的空状态，不然就必须在接通S1的同时关断S5，因此，基于上述原因，不希望同时控制小换向回路中两个单元的半导体元件。
表3和表4无需进一步解释，由于当根据表1和表2变化，这些改变相对于输出4及相对于前者中心23呈镜像对称，会出现相同的问题。
如上所述，S3 S5 S6，S3 S5，S2 S5 S6或S2 S6被同时导通的状态将被最小化，以尽可能限制电路中并行电流的周期。
为了简化本发明的控制方法，这并不根据所述输出4的电流方向实现，虽然通过所述额外程序解决的问题仅发生在给定的电流方向及相反的电流方向上，所以可省去所述的额外程序。但是，这会使控制方法变得相当复杂。
当然，本发明不限于上述优选实施方案，对那些本领域技术人员显而易见的由此可能的修改不应脱离本人在权利要求中定义的本发明的基本概念。
应用本发明的基本概念的控制方案的大量其它可能性对本领域技术人员是显而易见的。
例如，完全有可能测出所述输出上的电流方向，或不取决于该电流方向执行一个额外程序。也可能对所述转换器提出增加的所述单元以便在输出提供多于三个电平的可能。

Claims (28)

1.一种用于控制转换器的方法，所述转换器用于dc电压到ac电压的转换或相反转换，包括：
·串联连接第一单元(S1)、第二单元(S2)、第三单元(S3)和第四单元(S4)，它们被安排在以所述转换器dc电压侧形式的第一侧的两极-一个正极(7)和一个负极(8)之间，所述第一单元、第二单元、第三单元和第四单元的每个单元包括一个栅极可关断半导体元件(13-16)和一个与之反并联连接的二极管(17-20)，所述第一单元、第二单元、第三单元和第四单元的每个单元按从正极到负极的串联连接顺序的给定顺序排列，
·该转换器第二侧的线路被连接至第二和第三单元之间的串联连接的指定输出(4)的第一中心，
·在所述第一侧在所述两极(7，8)之间安排的两个串联连接的电容器(21，22)，将这两极设置在振幅相同的但相对于第一侧的中心符号相反的电压电平，所述第一侧的中心是这两个电容器之间的一点(23)，
其中，
·所述第一和第二单元之间串联连接的第二中心(24)经第五单元(S5)被连接至第一侧的中心，所述第五单元(S5)包括一个栅极可关断半导体元件(10)和一个二极管(26)，其中，所述第五单元(S5)的二极管(26)与所述第五单元(S5)的半导体元件(10)反并联连接，这个二极管(26)是以它的导通方向相对于输出(4)与第二单元(S2)的二极管(18)的导通方向相反地连接的，
·第三和第四单元之间串联连接的第三中心(27)、经第六单元(S6)被连接至第一侧的中心，所述第六单元(S6)包括一个栅极可关断半导体元件(11)和一个二极管(29)，其中，所述第六单元(S6)的二极管(29)与所述第六单元(S5)的半导体元件(11)反并联连接，这个二极管(29)是以它的导通方向相对于输出(4)与第三单元(S3)的二极管(19)的导通方向相反地连接的，
·第一、第二、第三、第四、第五和第六单元的半导体元件被控制接通和关断，以便在该转换器中获得如下四个主状态，根据第一主状态所述输出(4)与所述第一侧的正极(7)相连，根据第二主状态所述输出(4)与所述负极(8)相连，或根据两个不同的零状态的任一个，所述输出(4)与所述第一侧的中心相连，这里，
·第一、第二和第六单元在第一主状态期间被接通，
·第三、第四和第五单元在第二主状态期间被接通，
·所述两个不同的零状态的第一个为第三主状态，其中所述第二和第五单元处于导通状态，以及
·所述两个不同的零状态的第二个为第四主状态，其中所述第三和第六单元处于导通状态；
其中，
·所述第一和第六单元组成一对，使这两个单元的所述半导体元件在相应主状态中被控制设置在相同情况、即或接通或关断，
·所述第四和第五单元组成一对，使这两个单元的这些半导体元件在相应主状态中被控制设置在相同情况、即或接通或关断，而且，
·总是经所述第三或第四主状态在第一和第二主状态之间变化，其特征在于，
当经小换向回路在主状态之间发生改变时，其中，当小换向回路在所述正极(7)到所述输出(4)的连接和所述第三主状态之间发生改变，或者在所述负极(8)到所述输出(4)的连接和所述第四主状态之间发生改变时，至少当电流方向在跨越不属于该小换向回路的第二或第三单元(S2、S3)的所述dc电压侧的所述正极(7)和所述负极(8)之间的全电压呈现电压峰值时，在要变成的主状态中要被接通且属于所述各对单元中的一对的半导体元件将被同时接通的情况下，以如下方式执行一个额外顺序：在要被变成的主状态中要被接通的那对单元的一个单元中的半导体元件相对于所述那对单元的另一个单元中的半导体元件将延迟接通。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述额外顺序是在下述情况中被执行：其中在属于要被变成的主状态中要被接通的所述对的单元的所述那对单元的半导体元件要被同时接通；在没有额外顺序下，在所述dc电压侧的所述正极和所述负极之间的全电压上的电压尖峰将被加在第二或第三单元(S2，S3)中不属于小换向回路的一个单元上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，相对于该对中第六或第五单元的半导体元件，延迟接通相应单元对的第一或第四单元的半导体元件。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当从所述第一主状态变化到所述第三主状态时，所述第四单元(S4)中的半导体元件相对于所述第五单元(S5)中的半导体元件延迟接通。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当从所述第二主状态变化到所述第四主状态时，所述第一单元(S1)中的半导体元件相对于所述第六单元(S6)中的半导体元件延迟接通。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当从所述第三主状态变化到所述第一主状态时，所述第一单元(S1)中的半导体元件相对于所述第六单元(S6)中的半导体元件延迟接通。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当从所述第四主状态变化到所述第二主状态时，所述第四单元(S4)中的半导体元件相对于所述第五单元(S5)中的半导体元件延迟接通。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述延迟小于第一、第二、第三和第四主状态的正常持续时间的十分之一。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单元的一些半导体元件不允许同时接通，以及将第一、第二、第三、第四、第五和第六单元的半导体元件以如下方式加以控制，在两个主状态之间，总是有一个空状态(B)，其中，如果这些半导体元件不允许同时接通，则在所述空状态期间，该半导体元件之一有时间在随后接通该半导体元件的另一个之前被关断。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述空状态(B)具有持续时间少于第一、第二、第三和第四主状态的正常持续时间的十分之一的时段。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过控制第一(S1)，第二(S2)和第六(S6)单元的半导体元件的接通得到所述第一主状态，通过控制第三(S3)，第四(S4)和第五(S5)单元的半导体元件的接通得到所述第二主状态，通过控制第二(S2)，第四(S4)和第五(S5)单元的半导体元件的接通得到所述第三主状态，以及通过控制第一(S1)，第三(S3)和第六(S6)单元的半导体元件的接通得到所述第四主状态。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当从所述第一主状态变化到第三主状态时，所述第一(S1)和第六(S6)单元的半导体元件被首先关断，然后，接通所述第五单元(S5)中的半导体元件，最后接通所述第四单元(S4)中的半导体元件。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当从所述第三主状态变化到第一主状态时，所述第四单元(S4)中的半导体元件被首先关断，然后，接通所述第六单元(S6)的半导体元件，接着关断所述第五单元(S5)中的半导体元件，最后接通所述第一单元(S1)中的半导体元件。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当从所述第二主状态变化到第四主状态时，所述第四(S4)和第五单元(S5)中的半导体元件被首先关断，然后，接通所述第六单元(S6)的半导体元件，最后接通所述第一单元(S1)中的半导体元件。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当从所述第四主状态变化到第二主状态时，所述第一单元(S1)中的半导体元件被首先关断，然后，接通所述第五单元(S5)中的半导体元件，接着关断所述第六单元(S6)的半导体元件，最后接通所述第四单元(S4)的半导体元件。
16.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当通过大换向回路在主状态之间发生改变时，其中，当大换向回路当在第一主状态和第四主状态之间发生改变或在第二主状态和第三主状态之间发生改变时，可用同一控制脉冲来控制属于所述对的单元中的一对单元的那些半导体元件，使其在所述改变期间一直保持相同的位置，即或关断或接通。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制第一、第二、第三、第四、第五和第六单元中的这些半导体元件，使所述两个零状态在单位时间内出现的次数相同。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，控制第一、第二、第三、第四、第五和第六单元中的这些半导体元件，以便每次要选中所述两个零状态之一，使得所述两个零状态中在先前时间未被选中的一个零状态被选择。
19.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，以绝缘栅双极晶体管形式的半导体元件(10，11，13-16)被控制接通和关断。
20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在电压源转换器形式的转换器中被实现。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，受控制的是电压源转换器，其dc电压侧由dc电压网构成，用于传送高压直流电(HVDC)且ac电压的相导线属于ac电压网。
22.根据权利要求21的方法，其特征在于，受控制的是背对背电站的两个电压源转换器，其ac电压侧被连接至同一ac电压网，或分别连接至独立的ac电压网，且其dc电压侧彼此相连。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，受控制的是静态无功伏安补偿器中包括的电压源转换器，其dc电压侧由自由悬挂电容器构成，且ac电压的相导线属于ac电压网。
24.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，受控制的是电压源转换器，其所述输出与ac电动机相连。
25.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，受控制的是电压源转换器，其所述输出与ac发电机相连。
26.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述延迟小于所述第一、第二、第三和第四主状态的正常持续时间的百分之一。
27.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述空状态(B)具有持久时间小于所述第一、第二、第三和第四主状态的正常持续时间的百分之一的时段。
28.一种用于dc电压到ac电压的转换或相反转换的转换器，包括：
·串联连接的第一单元(S1)、第二单元(S2)、第三单元(S3)和第四单元(S4)，它们被安排在以所述转换器dc电压侧形式的第一侧的两极、即一个正极(7)和一个负极(8)之间，所述第一单元、第二单元、第三单元和第四单元的每个单元包括一个栅极可关断半导体元件(13-16)和一个与之反并联连接的二极管(17-20)，而所述第一单元、第二单元、第三单元和第四单元的每个单元按从正极到负极的串联连接顺序的给定顺序排列，
·该转换器第二侧的线路被连接至第二和第三单元之间的串联连接的被指定输出(4)的第一中心，
·在所述第一侧在所述两极(7，8)之间安排两个串联连接的电容器(21，22)，用于将这两极设置在幅值相同的但相对于第一侧的中心符号相反的电压电平，所述第一侧的中心是这两个电容器之间的一点(23)，
其中，
·所述第一和第二单元之间串联连接的第二中心(24)经第五单元(S5)被连接至第一侧的中心，所述第五单元(S5)包括一个栅极可关断半导体元件(10)和一个二极管(26)，其中，所述第五单元(S5)的二极管(26)与所述第五单元(S5)的半导体元件(10)反并联连接，这个二极管(26)是以它的导通方向相对于输出(4)与第二单元的二极管(18)的导通方向相反来连接的，
·第三和第四单元之间串联连接的第三中心(27)经第六单元(S6)被连接至所述的第一侧中心，所述第六单元(S6)包括一个栅极可关断半导体元件(11)和一个二极管(29)，其中，所述第六单元(S6)的二极管(29)与所述第六单元(S6)的半导体元件(11)反并联连接，这个二极管(29)是以它的导通方向相对于输出(4)与第三单元(S3)的二极管(19)的导通方向相反来连接的，以及
·装置(30)，配置成控制所述第一单元、第二单元、第三单元、第四单元、第五单元和第六单元的半导体元件接通和关断，以便在该转换器中获得如下四个主状态，根据第一主状态所述输出与所述第一侧的正极(7)相连，根据第二主状态所述输出与所述负极(8)相连，或根据两个不同的零状态的任一个，所述输出(4)与所述第一侧的中心相连，这里，
·第一、第二和第六单元在第一主状态期间被接通，
·第三、第四和第五单元在第二主状态期间被接通，
·所述两个不同的零状态的第一个为第三主状态，其中所述第二和第五单元处于导通状态，以及所述两个不同的零状态的第二个为第四主状态，其中所述第三和第六单元处于导通状态；其中，
·所述第一和第六单元组成一对，使得设置所述装置来控制所述第一和第六单元的半导体元件在相应主状态中呈现相同位置、即或接通或关断，
·第四和第五单元组成一对，使得设置所述装置来控制所述第四和第五单元的半导体元件在相应主状态中呈现相同位置、即或接通或关断，而且
·设置所述装置来控制所述半导体元件以便总是能经第三或第四主状态在第一和第二主状态之间发生变化，
其特征在于，当经小换向回路在主状态之间发生改变时，其中当小换向回路在所述正极(7)到所述输出(4)的连接和所述第三主状态之间发生改变时，或在所述负极(8)到所述输出(4)的连接和所述第四主状态之间发生改变时，至少当电流方向在跨越不属于该小换向回路的第二或第三单元(S2、S3)的所述dc电压侧的所述正极(7)和所述负极(8)之间的全电压呈现电压峰值时，在要变成的主状态中要被接通且属于所述各对单元中的一对的半导体元件将被同时接通的情况下，所述装置被设置成以如下形式根据额外顺序来控制这些半导体元件：要被接通的那对单元的一个单元中的半导体元件相对于所述那对单元中的所述另一个单元中的半导体元件将延迟接通。
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