CN203135732U - 中高压电能变换系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型至少揭示一种中高压电能变换系统，其包括电源侧变换器装置，负载侧变换器装置和电源侧滤波装置。电源侧变换器装置将电源提供的第一种交流电能转换成直流电能或者将直流电能转换成交流电能以回馈给该电源。负载侧变换器装置该直流电能转换成第二种交流电能，或者将第二种交流电能转换成直流电能。电源侧变换器装置至少包括形成嵌套式中点导向拓扑架构的第一变换器模块和第二变换器模块。由于电源侧变换器装置采用嵌套式中点导向的拓扑架构，并且通过电源侧滤波装置与电源连接，可以完全省去传统使用的变压器，这样不仅可以降低成本，提高功率密度，也可以实现电能的双向流动。

Description

中高压电能变换系统

技术领域

本实用新型涉及中高压电能变换系统，特别涉及用于驱动电机负载的无变压器式中高压电能变换系统。 

背景技术

电能变换系统中通常使用变换器（Converter）进行能量变换，以将一种形式的能量变换成另一种形式的能量。特别地，多电平变换器，例如，三电平、五电平以及更高电平等级的变换器等，由于其较好的输出波形品质以及较高的耐压能力，在很多工业领域取得逐渐广泛的应用。例如，多电平逆变器已经被应用在石化、造纸、矿山、冶金、电厂、水处理厂等领域，以给特定的负载，例如，交流电机等提供交流输出电压。 

在中高压电能变换系统中，整流侧通常使用多脉冲整流器来获得直流电压，并且，通过对与电网连接的变压器的副边进行移相控制，可以消除特定的次谐波，以改善电流的质量。然而，使用变压器的缺点是其比较笨重，成本相对较高，损耗也比较大，另外，由于多脉冲整流器一般采用不可控整流电路，因而其电能只能从电网流向负载，无法实现四象限运行。因此，有必要对现有的变换器装置的电路结构进行改进，以解决上述提及的至少一种技术问题。 

实用新型内容

有鉴于上文提及之技术问题，本实用新型的一个方面在于提供一种中高压电能变换系统。该中高压电能变换系统包括电源侧变换器装置，负载侧变换器装置和电源侧滤波装置。该电源侧滤波装置电连接在电网和该电源侧变换器装置之间，该电源侧变换器装置用于将该电源提供的第一种交流电能转换成直流电能或者将直流电能转换成交流电能以回馈给该电源。该负载侧变换器装置与该电源侧变换器装置电连接，该负载侧变换器装置用于将该直流电能转换成第二种交流电能，并将该第二种交流电能提供给负载，或者将第 二种交流电能转换成直流电能，并将该直流电能回馈给该电源侧变换器装置。其中，该电源侧变换器装置至少包括形成嵌套式中点导向拓扑架构的第一变换器模块和第二变换器模块。 

在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该电源侧滤波装置为差模滤波装置。该差模滤波装置包括第一电源侧滤波电感，第二电源侧滤波电感和至少由一个电容器形成的支路，该第一电源侧滤波电感和该第二电源侧滤波电感串联连接在该电源和该第一变换器装置之间的线路上。 

在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该电源侧滤波装置为差模滤波装置。该差模滤波器包括至少一个由电感和电容串联形成的陷波滤波支路。 

在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该差模滤波装置为三相差模滤波器，该三相差模滤波器包括第一相第一电感，第二相第一电感，第三相第一电感，该第一相第一电感连接在该电源和该第一变换器装置之间的第一相线路上，该第二相第一电感连接在该电源和该第一变换器装置之间的第二相线路上，该第三相第一电感连接在该电源和该第一变换器装置之间的第三相线路上。该三相差模滤波器还包括第一相支路，第二相支路和第三相支路，该第一相支路的一端和该第一相线路电连接，该第二相支路的一端和该第二相线路电连接，该第三相支路的一端和该第三相电路电连接，该第一相支路的另一端，该第二相支路的另一端和该第三相支路的另一端共同电连接，该第一相支路至少包括第一电容器，该第二相支路至少包括第二电容器，该第三相支路至少包括第三电容器。 

在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该第一相支路，该第二相支路和该第三相支路之间的共同连接点选择性的接地。 

在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该三相差模滤波器还包括第一相第二电感，第二相第二电感和第三相第二电感，该第一相第二电感和该第一相第一电感串联连接，该第二相第二电感和该第二相第一电感串联连接，该第三相第二电感和该第三相第一电感串联连接。 

在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该中高压电能变换系统还包括共模滤波装置，该共模滤波装置连接在该电源和该电源侧变换器装置之间。 

在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该中高压电能变换系统还包括共模滤波装置，该共模滤波装置连接在该电源侧变换器装置和 该负载侧变换器装置之间。 

在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，在进行电能变换时，该多个开关单元中的至少二者时既可以通过互补方式进行开关操作也可以通过非互补方式进行开关操作。 

在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该第一变换器模块和该第二变换器模块每一者包括多个开关单元，该多个开关单元中的至少一者或者为单一的开关器件，或者包括至少两个串联连接的开关器件。 

在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该第一变换器模块和该第二变换器模块每一者包括多个开关单元。该第一变换器装置至少包括串联连接的第一飞跨电容器和第二飞跨电容器。在一个或者多个基波周期内，该第一飞跨电容器和该第二飞跨电容器的电压通过选择性地利用该多个开关单元所存在的冗余开关状态进行平衡。 

在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该第一变换器模块和该第二变换器模块每一者包括多个开关单元，在一个基波周期的至少一部分时间间隔，施加至该多个开关单元中的至少一者之开关驱动信号被封闭，以减少开关单元的开关次数。 

在本实用新型提供的中高压电能变换系统中，由于第一变换器装置采用嵌套式中点导向的拓扑架构，并且通过网侧滤波装置与电网连接，可以完全省去传统使用的变压器，这样不仅可以降低成本，提高功率密度，也可以实现电能的双向流动。 

附图说明

通过结合附图对本实用新型的实施方式进行描述，可以更好地理解本实用新型，在附图中： 

图1所示为本实用新型提出的系统的一种实施方式的模块示意图； 

图2所示为图1所示的系统中变换器装置的一种实施方式的详细拓扑架构示意图； 

图3所示为图2所示的变换器装置具有模块式级联架构的一相桥臂的一种实施方式示意图； 

图4所示为提供给图3所示的一相桥臂中的多个开关单元的一种实施方式的驱动信号波形示意图以及输出电压和输出电流的波形示意图； 

图5所示为新拓扑架构的变换器装置的一种实施方式的输出波形示意 图； 

图6所示为新拓扑架构的变换器装置中的第一种开关单元的一种实施方式的详细电路示意图； 

图7所示为新拓扑架构的变换器装置中的第一种开关单元的另一种实施方式的详细电路示意图； 

图8所示为新拓扑架构的变换器装置中的第二种开关单元的一种实施方式的详细模块示意图； 

图9所示为新拓扑架构的变换器装置中的第二种开关单元的另一种实施方式的详细模块示意图； 

图10所示为新拓扑架构的变换器装置中的一相输入/输出臂的一种实施方式的详细电路结构示意图； 

图11所示为图1所示的电能变换系统之电网侧或者整流侧的至少一部分电路的一种实施方式的示意图； 

图12所示为图1所示的电能变换系统之电网侧或者整流侧的至少一部分电路的另一种实施方式的示意图； 

图13所示为图1所示的电能变换系统之电网侧或者整流侧的至少一部分电路的另一种实施方式的示意图； 

图14所示为图1所示的电能变换系统之电网侧或者整流侧的至少一部分电路的另一种实施方式的示意图； 

图15所示为图1所示的电能变换系统之电网侧或者整流侧的至少一部分电路的另一种实施方式的示意图； 

图16所示为图1所示的电能变换系统之电网侧或者整流侧的至少一部分电路的另一种实施方式的示意图；以及 

图17所示为图1所示的电能变换系统之负载侧或者逆变侧的至少一部分电路的一种实施方式的示意图。 

具体实施方式

以下将描述本实用新型的一个或者多个具体实施方式。首先要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项 目的过程中，为了实现开发者的具体目标，或者为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本实用新型公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。 

除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或者”包括所列举的项目中的任意一者或者全部。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。此外，“电路”或者“电路系统”以及“控制器”等可以包括单一组件或者由多个主动元件或者被动元件直接或者间接相连的集合，例如一个或者多个集成电路芯片，以提供所对应描述的功能。 

首先，在下文将详细描述的本实用新型的实施方式涉及变换器（Converter，或者也称作变流器以及变频器等，以下统称作变换器），该变换器一般用于执行能量变换操作，以单向地或者双向地将一种形式的能量（例如直流电或者交流电）转换成另一种形式的能量（例如，直流电或者交流电）。特别地，在一些实施方式中，本实用新型的发明人集体一起经潜心研究提出一种新的拓扑架构的变换器，或者也可以称为改进的嵌套式（Nested）中点导向（Neutral Point Piloted，NPP）拓扑架构的变换器，通过该新拓扑架构或者改进的嵌套式中点导向拓扑架构的变换器，可以获得更好的输出波形，或者有效地减小输出电压纹波，从而可以减小滤波器的体积，以及提高变换器的功率等级等。 

在此所谓的“嵌套式中点导向拓扑架构”是指通过多个飞跨电容器（flying  capacitor）至少将两个具有相同或者不相同多电平等级阶数的变换器模块以从内到外或者从外到内的方式（或者也可以看作从左到右或者从右到左，或者类似于剥洋葱皮的方式）进行级联，以实现更高电平等级阶数的输出，例如，一种嵌套方式可以为将两个同样为三电平的变换器模块进行内外级联，以获得具有五电平的变换器；或者另外一种嵌套方式也可以为将一个三电平的变换器模块和另一个为五电平的变换器模块进行内外级联，以获得具有七电平的变换器，当然，该七电平的变换器也可以由三个同样为三电平的变换器模块依次级联而成。此外，也可以根据需要将多个变换器模块进行嵌套式级联，以扩展到更高输出电平等级的变换器。 

应当可以为本领域具有一般知识和技能的技术人员所理解的是，该具有新拓扑架构或者改进的嵌套式中点导向拓扑架构的变换器可以被具体实现成交流-直流变换器（rectifier，或者也称作整流器或者整流装置），以将单相、三相或者多相的交流电压转换成直流电压。此外，该具有新拓扑架构或者改进的嵌套式中点导向拓扑架构的变换器可以被具体实现成直流-交流变换器（inverter，或者也称作逆变器或者逆变装置），以将直流电压转换成单相、三相或者多相的交流电压，从而可以用来驱动特定的负载，例如三相交流电机等。 

其次，在本实用新型提供的改进的嵌套式中点导向拓扑架构变换器中，其进行嵌套式级联的变换器模块一般包括多个开关单元，例如，其提供三电平输出的变换器模块可以包括在纵向桥臂设置的至少两个开关单元和在横向桥臂设置的至少两个开关单元，在一些实施方式中，这些开关单元可以被控制成既进行互补式开关操作（也即，一个开关单元开通而另一个开关单元关断）也可以进行非互补式开关操作（例如，两个开关单元同时关断）。 

接着，在本实用新型提供的改进的嵌套式中点导向拓扑架构变换器中，在一个或者多个基波周期内，可以选择性地利用开关单元所存在的冗余开关状态来平衡飞跨电容器电压。 

接着，在本实用新型提供的改进的嵌套式中点导向拓扑架构变换器中，在一个基波周期的至少一部分时间间隔，在不改变开关状态及不影响电压电流输出状态的情况下，可以封闭施加至多个开关单元中的至少一者之开关驱动信号，以减少开关单元的开关次数。 

接着，在本实用新型提供的改进的嵌套式中点导向拓扑架构变换器中， 其进行嵌套式级联的变换器模块一般包括多个开关单元，该多个开关单元中的至少一者可以进一步设置为多开关器件串联的结构。在一些特定的实施方式中，这些多开关器件可以采用低耐压的开关器件，并且根据该变换器运作时相关的工作条件（例如直流母线电压等），以及低耐压开关器件的耐压值，可以选择合适数量的开关器件进行串联连接。 

再次，在本实用新型提供的改进的嵌套式中点导向拓扑架构变换器可以被特别配置在电能变换系统的电源侧或者整流侧，并且该具有嵌套式中点导向拓扑架构的整流侧变换器可以通过输入滤波器与电源（例如电网）连接，从而可以完全将传统的电能变换系统中使用的变压器省去；并且在该整流侧设置的改进的嵌套式中点导向拓扑架构的变换器既可以将电源提供的交流电能转换成直流电能，也可以将直流电能转换成交流电能，以回馈给电网，从而可以实现系统的四象限运行，以及电能的双向流动。 

图1所示为本实用新型提供的系统100的一种实施方式的模块示意图。基本而言，图示的系统100可以为任何以变换器为主要部件的电能变换系统，并且该变换器可以实施本实用新型提出的新拓扑架构或者改进的嵌套式中点导向拓扑架构。特别地，在一些实施方式中，该系统100可以为基于多电平变换器的系统，并可以适用于中高功率和中高电压等应用场合。举例而言，该系统100可以应用到以下领域，包括但不限于：石化、造纸、矿山、冶金、发电厂、水处理厂等领域，以驱动特定的负载，例如泵，风机，传送装置等。 

如图1所示，该系统100大致包括变换器装置120和控制器140，该变换器装置120和控制器140可以进行通信连接。在一种实施方式中，该控制器140可以与变换器装置120进行电连接，以通过一个或者多个电连接线路，例如导电线，传送控制信号106给变换器装置120。在另外一种实施方式中，该控制器140也可以与变换器装置120进行光连接，以通过光通信线路，例如，一个或者多个光纤，传送控制信号106给变换器装置120。该控制器140可以包括任何合适的可编程电路或者装置，包括数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）以及专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）等。该变换器装置120响应从该控制器140传送而来的控制信号106，以在第一功率装置110和第二功率装置130之间执行单向或者双向的电能变换操作。 

在一种实施方式中，该变换器装置120包括第一变换器122，直流环节124和第二变换器126。在一种实施方式中，该第一变换器122可以为交流-直流变换器，其被配置成将该第一功率装置110（例如，电网）提供的第一电能102（例如，第一交流电压）转换成直流电能123（例如，直流电压）。在一种实施方式中，该直流环节124可以包括多个电容器，其对该第一变换器122提供的第一直流电压123进行滤波，以提供第二直流电压125给该第二变换器126。在一种实施方式中，该第二变换器126为直流-交流变换器，其被配置成将该第二直流电压125转换成第二交流电压104，并将该第二交流电压104传送到第二功率装置130（例如，交流电机）。虽然未作图示，但是该系统100也可能包括其他的部件或者装置，例如，在第一功率装置110和该变换器装置120之间可以设置滤波装置以及断路器等，并且，在该变换器装置120和该第二功率装置130之间，也可以设置滤波装置以及断路器等。 

在其他实施方式中，该系统100也可以应用到发电领域，包括但不限于风力发电装置，光伏发电装置，以及水力发电装置等。该系统100内的变换器装置120也可以实施在此提及的新的拓扑架构或者改进的嵌套式中点导向拓扑架构。在一种实施方式中，该第一功率装置10可以包括一个或者多个风力发电装置，该风力发电装置可以将风能转换成变化频率的电能。该第一变换器122可以为交流-直流变换器，该第二变换器126可以为直流-交流变换器，其可以将变化频率的第一电能102转换成固定频率的第二电能104，例如，频率为50Hz或者60Hz的交流电能。该固定频率的第二交流电能104可以被提供给第二功率装置130，例如，电网，以供电网进行传输和配送。在一些实施方式中，该第二功率装置130也可以包括负载，例如在机车或者泵等装置中使用的电机，该电机在该第二电能104的作用下而工作。在一些实施方式中，当该系统100为光伏发电装置时，该第一变换器122也可以为直流-直流变换器，或者也可以将该第一变换器省去，而仅使用直流-交流变换器126，以将该第一功率装置110，例如光伏面板所提供的直流电能转换成交流电能104。 

在其他实施方式中，该系统100也可以应用到需要使用不间断电源系统（Uninterruptible/UninterruptedPower System,UPS）进行供电的领域。在此情形下，该系统100内的变换器装置120也可以实施在此提及的新的拓扑架构或者改进的嵌套式中点导向拓扑架构。在一种实施方式中，该第一变换器122 可以为交流-直流变换器，其可以被设置成将第一功率装置110（例如，电网）提供的第一交流电能转换或者整流成直流电能。该系统100还可以包括能量存储装置127，以接收该第一变换器122所转换得到的直流电能。在一种实施方式中，该第二变换器126可以为直流-交流变换器，其可以被设置成将该第一变换器122转换得到的直流电能或者将该能量存储装置127提供的直流电能转换成第二交流电能，并将该第二交流电能提供给该第二功率装置130（例如，负载）。 

图2所示为变换器200的一种实施方式的详细拓扑架构示意图。在一种实施方式中，该变换器200可以为图1所示的第二变换器126，或者更具体地，为一种直流-交流变换器。在一种实施方式中，该变换器200包括第一端口202和第二端口204，该第一端口202和第二端口204用于接收直流电压，例如，由如图1所示的第一变换器122提供的直流电压123。该第一端口202与第一直流线路206电连接，该第二端口204与第二直流线路208电连接，并且，在该第一端口202和该第二端口204之间电连接有直流环节210，该直流环节210用于对接收的直流电压进行滤波，以及维持恒定的电压输出给与之相连的开关器件。在一种实施方式中，该直流环节210包括第一电容器212和第二电容器214，并且该第一电容器212和第二电容器之间定义一个直流中点216。在其他实施方式中，该直流环节210也可以包括多于两个的电容器，并且至少部分电容器也可以并联连接。 

请进一步参阅图2，该变换器200还包括第一相桥臂220，第二相桥臂250，第三相桥臂280。该第一相桥臂220，第二相桥臂250和第三相桥臂280电连接在第一直流线路206和第二直流线路208之间，以接收直流环节210提供的直流电压，并从各自对应的端口输出电压。在一种实施方式中，该第一相桥臂220通过第三端口235提供第一相交流输出电压，该第二相桥臂250通过第四端口265提供第二相交流输出电压，该第三相桥臂280通过第五端口295提供第三相交流输出电压，并且该三相交流输出电压在相位上彼此相差120度。当然，在该变换器200实施为交流-直流变换器时，该三个交流传输端口235，265，295也可以输入交流电压，该第一端口202和第二端口204也可以输出直流电压。 

请一并参阅图2和图3，在一种实施方式中，该第一相桥臂220包括至少两个变换器模块，并且该至少两个变换器模块具有基本相同的结构，从而 可以通过低输出电平阶数的模块与模块之间的级联，灵活方便地组合得到具有高输出电平阶数的变换器桥臂。具体而言，该第一相桥臂220包括嵌套式级联的第一变换器模块222和第二变换器模块224。在一种实施方式中，该第一变换器模块222提供2n₁+1个等级的输出电平，该第二变换器模块224提供2n₂+1个等级的输出电平，其中n₁和n₂均大于等于一，并且n₁等于n₂。在另外一种实施方式中，n₁也可以不等于n₂。在图示的实施方式中，该第一变换器模块222和第二变换器模块224均提供五个等级的输出电平，并且，每一者均包括六个端口，以进行级联，下文将这些用作模块之间级联的端口简称为“级联端”。 

更具体而言，该第一变换器模块222包括第一纵向桥臂201，第二纵向桥臂203和横向桥臂205。需要注意的是，在此所述的“纵向”和“横向”主要与读者在观察附图2和附图3所看到的物理方向相对应，其目的是方便描述本实用新型，而不应当用来将本实用新型的保护范围限制在该特定的物理方向，本实用新型实际的保护范围应当以权利要求中限定的元件和元件之间的电路连接关系为准。该第一纵向桥臂201包括第一开关单元228，该第一开关单元228的一端形成该第一纵向桥臂第一级联端237，另一端形成该第一纵向桥臂的第二级联端225。该第二纵向桥臂203包括第二开关单元232，该第二开关单元232与该第一开关单元228同向设置，该第二开关单元232的一端形成该第二纵向桥臂第一级联端241，另一端形成该第一纵向桥臂的第二级联端229。该横向桥臂205包括串联连接的第三开关单元234和第四开关单元236，并且该第三开关单元234和该第四开关单元236反向设置，该第三开关单元234的一端形成该横向桥臂205的第一级联端227，该第四开关单元236的一端形成该横向桥臂205的第二级联端239。并且，该第二级联端239还与定义在第一电容器225和第二电容器227之间（该第一电容器225和第二电容器227也称作飞跨电容）的电容中点相连接，以形成连接点223。此外，该第一电容器225的两端还分别与两个级联端237和239相连接，该第二电容器227的两端还分别与两个级联端241和239相连接。 

类似地，该第二变换器模块224也包括第一纵向桥臂207，第二纵向桥臂209和横向桥臂271。该第一纵向桥臂207包括第五开关单元238，该第五开关单元238的一端形成该第一纵向桥臂第一级联端237，另一端形成该第一纵向桥臂的第二级联端211。该第二纵向桥臂209包括第六开关单元242， 该第六开关单元242与该第五开关单元238同向设置，该第六开关单元242的一端形成该第二纵向桥臂第一级联端221，另一端形成该第一纵向桥臂的第二级联端215。该横向桥臂271包括串联连接的第七开关单元244和第八开关单元246，并且该第七开关单元244和该第八开关单元246反向设置，该第七开关单元244的一端形成该横向桥臂271的第一级联端219，该第八开关单元236的一端形成该横向桥臂271的第二级联端213。并且，该第二级联端216还与定义在直流环节210的第一电容器212和第二电容器214之间的直流母线中点相连接，以形成连接点216。此外，该第一电容器212的两端还分别与两个级联端211和213相连接，该第二电容器214的两端还分别与两个级联端213和215相连接。 

在图示的实施方式中，通过将相对应的级联端235和237电连接在一起；将相对应的级联端219和239电连接在一起，以及将相对应的级联端241和221电连接在一起，即可以得到该变换器桥臂220的嵌套式级联结构。可以理解的是，在其他实施方式中，可以将三个或者三个以上的六级联端模块进行类似方式的级联，可以扩展得到更高输出电平阶数的变换器装置。在图示的实施方式中，由于该第一变换器模块222被设置为最内层，其三个级联端225，227，229共同连接在一起，并且与交流传输端口235相连接，以接收或者输出交流电。此外，由于该第二变换器模块224被设置为最外层，其第一纵向桥臂第二级联端211通过第一直流线路206连接到直流环节210的第一直流传输端口202，而其第二纵向桥臂第二级联端215通过第二直流线路208连接到直流环节210的第二直流传输端口204，以用于输入或者输出直流电。 

请继续参阅图2，该第二相桥臂250具有与第一相桥臂220相类似的结构。举例而言，该第二相桥臂250也包括以嵌套式方式进行级联的第一变换器模块252和第二变换器模块254，并且二者均具有六个级联端以进行模块之间的级联连接。该第一变换器模块252包括四个开关单元258，262，264，266，该第二变换器模块254包括另外四个开关单元268，272，274，276。其中该四个开关单元258，262，264，266串联连接形成纵向桥臂，该另外四个开关单元268，272，274，276串联连接形成横向桥臂。该纵向桥臂的两端分别与第一直流线路206和第二直流线路208电连接。该横向桥臂的一端与直流环节的中点216电连接，该横向桥臂的另一端电连接于开关单元258， 262之间的连接点263。该第二相桥臂250还包括两个飞跨电容器255，257，该两个飞跨电容器255，257串联连接形成电容器臂，该两个飞跨电容器255，257的一端共同连接形成连接点253，该连接点253电连接在两个开关单元266和274之间，该第一飞跨电容器255的另一端电连接在两个开关单元268和258之间，该第二飞跨电容器257的另一端电连接在两个开关单元262和272之间。 

请继续参阅图2，该第三相桥臂280也具有与第一相桥臂220相类似的结构。举例而言，该第三相桥臂280也包括以嵌套式方式进行级联的第一变换器模块282和第二变换器模块284，并且二者均具有六个级联端以进行模块之间的级联连接。该第一变换器模块282包括四个开关单元288，292，294，296，该第二变换器模块284包括另外四个开关单元298，302，304，306。其中该四个开关单元288，298，292，302串联连接形成纵向桥臂，该另外四个开关单元294，296，304，306串联连接形成横向桥臂。该纵向桥臂的两端分别与第一直流线路206和第二直流线路208电连接。该横向桥臂的一端与直流环节的中点216电连接，该横向桥臂的另一端电连接于开关单元288，292之间的连接点293。该第三相桥臂280还包括两个飞跨电容285，287，该两个飞跨电容285，287串联连接形成电容器臂，该两个飞跨电容器285，287的一端共同连接形成连接点283，该连接点283电连接在两个开关单元296和304之间，该第一飞跨电容器285的另一端电连接在两个开关单元298和288之间，该第二飞跨电容器287的另一端电连接在两个开关单元292和302之间。 

在一种实施方式中，该第一相桥臂220，该第二相桥臂250，该第三相桥臂280均提供五电平输出电压。在一种实施方式中，该第一相桥臂220中各个开关单元的开关状态可以如下表1所示： 

表1变换器第一相桥臂输出电压与桥臂开关单元的开关状态关系 

由表1可以看出，通过控制该第一相桥臂220中八个开关单元的开通和关断状态，可以使得该第一相桥臂输出-2、1、0、-1、-2五个电平等级的输出电压。并且，在电平等级为2和-2，也即在该第一相桥臂220输出最高和最低电压等级时，该八个开关单元具有唯一的组合开关状态。而在输出电平为中间等级-1和1时，有两种组合的开关状态，在输出电平为中间等级0时，有三种组合的开关状态。因此，在一些实施方式中，可以选择性地利用该等冗余开关状态来控制第一飞跨电容器285和第二飞跨电容器287的充放电，以实现电荷或者电压平衡。从表1可以看出，变换器中的多个开关单元被设置成通过互补方式进行开关操作，例如，第一开关单元228和第三开关单元234之间的开关状态呈互补关系。类似地，第二开关单元232和第四开关单元236，第五开关单元238和第七开关单元244，以及第六开关单元242和第八开关单元246之间的开关状态均呈互补关系。 

图4显示了提供给图3所示的第一相桥臂220的八个开关单元的一种实施方式的驱动信号波形图以及输出电压和输出电流的波形图。如图4所示，该第一相桥臂220中的开关单元在执行开关操作的过程中还具有非互补的开关状态。例如，在输出电压563的电平从“1”切换到“2”时，第七开关单元244（T2）的开关信号切换到低电平信号，而第五开关单元238（T1）的开关信号延迟一段时间t_d之后切换到高电平信号。一般而言，由于开关器件的关断时间通常大于开通时间，通过引入这样的延迟时间间隔t_d可以防止因为两个开关器件同时开通而使得电容器发生短路。因此，在此延迟时间间隔t_d内，该第七开关单元244（T2）和第五开关单元238（T1）之间开关状态为非互补关系，而在此延迟时间间隔t_d之后，该第七开关单元244（T2）和第五开关单元238（T1）之间的开关状态为互补关系。另外，从图4可以看出， 在输出电压563的电平为“1”时，第五开关单元238（T1）的开关信号为低电平信号，此时，由于第七开关单元244（T2）之中的反并联二极管可以对输出电流565起续流作用，因此可以将施加至该第七开关单元244（T2）的开关信号封闭，或者使该开关信号为低电平信号，也即，在t₀至t₁时间间隔范围内，该第七开关单元244（T2）和第五开关单元238（T1）之间开关状态也为非互补关系。类似地，从图4可以看出，由于引入延迟导通时间t_d，该第六开关单元242（T4）和第八开关单元246（T3）之间的开关状态可以为互补关系并且可以为非互补关系。同样类似地，从图4可以看出，由于引入延迟导通时间t_d，该第四开关单元234（S3）和第二开关单元232（S4）之间的开关状态呈互补关系并且呈非互补关系。另外，从图4可以看出，在该实施方式中，在图示的一个基波周期t₀-t₈，由于二极管的续流作用，或者电路断路，施加至横向桥臂的开关单元T2，T3，S2，S3的开关驱动信号在一些时间间隔内被封闭，以减少这些开关单元的开关次数，从而可以降低损耗。在其他实施方式中，也可以对施加至纵向桥臂的开关单元T1，T4，S1，S4的开关驱动信号进行封闭，以减少开关次数以及降低损耗。 

图5所示为图2所示的新拓扑架构的变换器装置的一种实施方式的输出波形示意图560。如图5所示，该变换器的一相桥臂可以提供五个电平等级的电压输出。 

图6所示为变换器装置中的第一种开关单元310的一种实施方式的详细电路示意图。在一种实施方式中，第一种开关单元310可以为图2中所示的三相桥臂中沿着纵向桥臂的任意一个开关单元。在一种特定的实施方式中，第一相桥臂220中纵向桥臂的所有开关单元238，228，232，242均具有如图6所示的结构。特别地，该开关单元310可以为单一的开关器件，也可以包括串联连接的第一开关器件316，第二开关器件318，第i开关器件322，其中i大于等于2。进一步，在一些实施方式中，该第一开关器件316并联连接有第一反并联二极管324，该第二开关器件318并联连接有第二反并联二极管326，该第i开关器件322并联连接有第i反并联二极管328。在一些情形下，也可以将该第一开关器件316和对应的第一反并联二极管324集成在一起，并将该集成在一起的模块称为开关器件。可以理解的是，由于将该第一开关器件316，第二开关器件318，第i开关器件322进行串联连接，因此，可以选择耐压值较低的开关器件，来取代耐压值相对较高单个的开关器件312 以及与之相关的二极管314。在此所述的多个开关器件312，314，322可以为任意合适的基于半导体的开关器件，包括但不限于，绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistors，IGBT）、集成门极换流晶闸管（Integrated Gate Commutated Thyristors，IGCT）以及金属氧化物半导体场效应晶体管（MetalOxideSemiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET）等。 

图7所示为变换器装置中的第一种开关单元320的另一种实施方式的详细电路示意图。图7所示的该第一种开关单元320与图6所示的第一种开关单元相类似310，例如，该第一种开关单元320可以为单一的开关器件，也可以包括串联连接的第一开关器件316，第二开关器件318，第i开关器件322，其中i大于等于2，以及与各个开关器件反并联连接的第一反并联二极管324，第二反并联二极管326，第i反并联二极管328。进一步，该第一种开关单元320还包括与第一开关器件316并联连接的第一缓冲电路323，与第二开关器件318并联连接的第二缓冲电路325，以及与第三开关器件322并联连接的第三缓冲电路327。在一种实施方式中，该第一缓冲电路323，该第二缓冲电路325和该第三缓冲电路327可以为无源缓冲电路。该等缓冲电路323，325，327的主要作用为减小或者消除由于作用到该等开关器件的驱动信号之间的差异而导致的电压不均衡的问题，也即可以取得较好的动态或者静态的均压特性。 

图8所示变换器装置中的第二种开关单元330的一种实施方式的详细模块示意图。在一种实施方式中，第二种开关单元330可以为图2中所示的三相桥臂中沿着横向桥臂的任意一个开关单元。在一种特定的实施方式中，第一相桥臂220中横向桥臂的所有开关单元234，236，244，246均具有如图8所示的结构。特别地，该开关单元330可以为单一的开关器件，也可以包括串联连接的第一开关器件336，第二开关器件338，第m开关器件342，其中m大于等于2。进一步，在一些实施方式中，该第一开关器件336并联连接有第一反并联二极管344，该第二开关器件338并联连接有第二反并联二极管346，该第m开关器件342并联连接有第m反并联二极管348。可以理解的是，由于将该第一开关器件336，第二开关器件338，第m开关器件342进行串联连接，因此，可以选择耐压值较低的开关器件，来取代耐压值相对较高的单个开关器件332以及与之相关的二极管334。在一些实施方式中，在该第二种开关单元330中使用的多个串联连接的开关器件336，338，342 可以与该第一种开关单元310和320中使用的多个串联连接的开关器件316，318，322相同。在其他实施方式中，在该第二种开关单元330中使用的多个串联连接的开关器件336，338，342也可以与该第一种开关单元310和320中使用的多个串联连接的开关器件316，318，322相同。另外，在一些实施方式中，该第二种开关单元330中串联连接的开关器件的数量可以与可以与该第一种开关单元310和320中使用的多个串联连接的开关器件相同，也可以不相同。类似的，在此所述的多个开关器件312，314，322可以为任意合适的基于半导体的开关器件，包括但不限于，绝缘栅双极型晶体管、集成门极换流晶闸管以及金属氧化物半导体场效应晶体管等。 

图9所示为变换器装置中的第二种开关单元340的另一种实施方式的详细模块示意图。图9所示的该第二种开关单元340与图8所示的第二种开关单元相类似330，例如，该第二种开关单元340可以为单一的开关器件，也可以包括串联连接的第一开关器件336，第二开关器件338，第m开关器件342，其中m大于等于2，以及分别与各个开关器件反并联连接的第一反并联二极管344，第二反并联二极管346，第m反并联二极管348。进一步，该第二种开关单元340还包括与第一开关器件336并联连接的第一缓冲电路343，与第二开关器件338并联连接的第二缓冲电路345，以及与第三开关器件342并联连接的第三缓冲电路347。在一种实施方式中，该第一缓冲电路343，该第二缓冲电路345和该第三缓冲电路347可以为无源缓冲电路。该等缓冲电路343，345，347的主要作用为减小或者消除由于作用到该等开关器件的驱动信号之间的差异而导致的电压不均衡的问题，也即可以取得较好的动态或者静态的均压特性。 

图10所示为图2所示的变换器装置中的单相桥臂的另一种实施方式的详细电路示意图。特别地，该单相桥臂400可以代替图2所示的第一相桥臂220，第二相桥臂250，第三相桥臂280中的任意一者或者全部，以使得变换器装置可以提供七个电平等级的输出电压。在图10所示的实施方式中，该单相桥臂400可以通过第一端口402和第二端口404接收输入直流电压，并通过直流环节460进行滤波，并维持稳定的直流电压作用到其后的开关单元或者开关器件，然后通过第三端口405输出交流电压。在一种实施方式中，该直流环节460电连接在第一直流线路406和第二直流线路408之间，并且该直流环节460包括第一电容器462和第二电容器464。 

如图10所示，该单相桥臂400还包括以嵌套式方式进行级联的第一变换器模块410，第二变换器模块420，第三变换器模块430。该三个变换器模块410，420，430均提供三电平输出电压，从而使得该单相桥臂400可以提供七电平输出电压。在其他实施方式中，也可以将第一变换器模块410和第二变换器模块420先通过嵌套式级联，以构建成一个单独的五电平变换器模块，然后将该五电平变换器模块与第三变换器模块430进行嵌套式级联，得到可以输出七电平的单相桥臂400。类似地，该第一变换器模块410，该第二变换器模块420和第三变换器模块430每一者均设置有六个级联端，以实现模块与模块之间的级联。该第一变换器模块410包括四个开关单元412，414，416，418，该第二变换器模块420包括四个开关单元422，424，426，428，该第三变换器模块430包括四个开关单元432，434，436，438。其中，六个开关单元432，422，412，414，424，434串联连接形成纵向桥臂；另外六个开关单元438，436，428，426，418，416串联连接形成横向桥臂。该横向桥臂的一端电连接于该直流环节460的直流中点466，该横向桥臂的另一端电连接于第三端口405或者开关单元412和414之间的第一连接点413。该单相桥臂400还包括由第一飞跨电容442和第二飞跨电容444串联连接形成的第一电容器臂440，以及由第三飞跨电容452和第四飞跨电容454串联连接形成的第二电容器臂450。该第一飞跨电容器442和第二飞跨电容器444的一端共同连接于开关单元418和426之间的第二点连接点443，该第一飞跨电容器442的另一端电连接于开关单元422和412之间，第二飞跨电容器444的另一端电连接与开关单元414和424之间。该第三飞跨电容器452和第四飞跨电容器454的一端共同连接于开关单元436和428之间的第三连接点453，该第三飞跨电容器452的另一端电连接于开关单元432和422之间，该第四飞跨电容器454的另一端电连接于开关单元424和434之间。 

类似地，在一些实施方式中，该七电平输出的单相桥臂400中的至少两个开关单元可以通过互补方式进行开关操作并且可以通过非互补方式进行开关操作。另外，在一个或者多个基波周期内，该单相桥臂400中的多个飞跨电容器的电压可以使用开关单元所存在的冗余开关状态进行平衡。进一步，在一个基波周期内的至少一部分时间间隔，在不改变开关状态和不影响电压电流输出状态的情况下，可以将施加至该单相桥臂400中多个开关的开关信号的至少一者封闭，以减少开关单元的开关次数。 

图11所示为图1所示的电能变换系统之电网侧或者整流侧620的至少一部分电路的一种实施方式的示意图。如图11所示，该电网侧或者整流侧620包括第一变换器装置或者交流-直流变换器装置624，该交流-直流变换器装置624可以四象限运行，也即可以进行双向的电能变换操作。在一种实施方式中，该交流-直流变换器624可以将输入能量装置622（一种例子为电网，也可以为其他形式的能够提供单相，三相或者多相电能的装置）提供的电能转换成直流电能，并将直流电能提供给直流环节626。在一种实施方式中，该直流环节626包括串联连接的第一电容器623和第二电容器625。在其他实施方式中，该交流-直流变换器624也可以将直流环节626提供的直流电能转换成交流电能，并将该交流电能提供给输入能量装置622。在图示的实施方式中，该输入能量装置622可以为电网，在特定的实施方式中，该电网可以提供6kV，6.6kV，10kV的三相交流电压。该输入能量装置或者电网622通过第一相线路638，第二相线路642和第三相线路644与该第一变换器装置或者交流-直流变换器装置624电连接。该第一相线路638用于在该电网622和该第一变换器装置624之间传送第一相交流电压，该第二相线路642用于在该电网622和该第一变换器装置624之间传送第二相交流电压，该第三相线路644用于在该电网622和该第一变换器装置624之间传送第三相交流电压。在一种实施方式中，在该三相线路638，642，644之上传输的交流电压的相位彼此相差120度。 

请继续参阅图11，在一种实施方式中，该电网侧或者整流侧620还包括第一电源侧滤波装置630（也可以称作输入滤波器/装置），该第一电源侧滤波装置630电连接在该电网622和该第一变换器装置624之间。可以理解的是，通过该第一电源侧滤波装置630将该第一变换器装置624与电网622直接相连接，可以完全避免在传统的电能变换系统中使用的变压器，从而可以在一定程度上降低系统的成本和体积。在一种实施方式中，该第一电源侧滤波装置630为差模滤波装置，一方面，该差模滤波装置630被设置成用于滤除电网622所提供的三相交流电压中的谐波信号，使得第一变换器装置624免受影响；另一方面，该第一电源侧滤波装置630也被设置成用于滤除该第一变换器装置624所产生的谐波信号，以满足电网规定的标准。 

在图11所示的实施方式中，该第一电源侧滤波装置或者该差模滤波装置630包括第一相第一滤波电感632，第二相第一滤波电感634，第三相第一滤 波电感636。该第一相第一滤波电感632电连接在该电网622和该第一变换器装置624之间的第一相线路638上，该第二相第一滤波电感634电连接在该电网622和该第一变换器装置624之间的第二相线路642上，该第三相第一滤波电感636电连接在该电网622和该第一变换器装置624之间的第三相线路644上。在一种实施方式中，该第一电源侧滤波装置或者该差模滤波装置630还包括第一支路650，第二支路660和第三支路670。该第一支路650的一端与该第一相线路638电连接，该第二支路660的一端与该第二相线路642电连接，该第三支路670的一端与该第三相线路644电连接，此外，该第一支路650的另一端，该第二支路660的另一端以及该第三支路670的另一端共同电连接，并形成电连接点676。在一种实施方式中，该第一支路650包括串联连接的第一电阻器652和第一电容器654，该第二支路660包括串联连接的第二电阻器662和第二电容器664，该第三支路670包括串联连接的第三电阻器672和第三电容器674。在其他实施方式中，也可以将该第一支路650中的第一电阻器652，该第二支路660中的第二电阻器662以及该第三支路670中的第三电阻器672省去。在具体实施时，可以搭配选择合适感抗值的滤波电感，合适电阻值的电阻器以及合适电容值的电容器，以进行谐波信号的滤除。在一些实施方式中，该第一电源侧滤波装置或者差模滤波装置630可以通过选择性地将共同连接点676与负载侧滤波装置组合接地。例如，在一种情形下，假定负载侧的电机可以承受共模应力，此时，可以将输入滤波器或者差模滤波装置630接地，将共模电压转移到输出侧，同时，将输出滤波器或者负载侧滤波器接地，以减小电机的共模应力，从而可以将共模滤波器省去。因此，在不使用共模滤波器的情况下也可以既满足电网关于共模电压的标准，从而可以进一步提高系统的效率和功率密度，并降低成本。 

图12所示为图1所示的电能变换系统之电网侧或者整流侧620的至少一部分电路的另一种实施方式的示意图。图12所示的电网侧或者整流侧620的电路架构基本与图11所示的电网侧或者整流侧620的电路架构类似，因此，相同标号的元件在图12所示的实施方式中不再作详细描述。特别地，在图12所示的实施方式中，该电网侧或者整流侧620的第一滤波装置或者差模滤波装置630还包括第一相第二滤波电感682，第二相第二滤波电感684以及第三相第二滤波电感686。该第一相第二滤波电感682与该第一相第一滤波 电感632串联连接，并且电连接在该第一相线路638上；该第二相第二滤波电感684与该第二相第一滤波电感634串联连接，并且电连接在该第二相线路642上；该第三相第二滤波电感686与该第三相第一滤波电感636串联连接，并且电连接在该第三相线路644上。在特定的实施方式中，该三相第二滤波电感682，684，686的电感值分别小于该三相第一滤波电感632，634，636的电感值，以在该电网622的容量或者功率与该第一变换器装置624的容量或者功率不相匹配时选择性地加入进来起作用。也即，当该电网622的容量或者功率与该第一变换器装置624的容量或者功率相匹配时，可以将该三个第二滤波电感682，684，686省去。 

图13所示为图1所示的电能变换系统之电网侧或者整流侧620的至少一部分电路的另一种实施方式的示意图。图13所示的电网侧或者整流侧620的电路架构基本与图11所示的电网侧或者整流侧620的电路架构类似，因此，相同标号的元件在图13所示的实施方式中不再作详细描述。特别地，在图13所示的实施方式中，该电网侧或者整流侧620还包括第二电源侧滤波装置690，该第二电源侧滤波装置690与该第一电源侧滤波装置630串联连接，并且也电连接在该电网622和该第一变换器装置624之间。在一种实施方式中，该第二电源侧滤波装置690为共模滤波器，其包括包括第一相共模滤波电感692，第二相共模滤波电感694和第三相共模滤波电感696，其中，该三相共模滤波电感692，694，696磁耦合在一起，并且其各自的同名端设置在同一侧（在图示的实施方式中，三个同名端靠近第一变换器624设置，在其他实施方式中，三个同名端也可以靠近电网622设置）。该第二电源侧滤波装置或者该共模滤波器690被配置成用于滤除在该电网和该第一变换器装置624之间的三相连接线路638，642，644上传输的共模信号，从而可以满足电网的共模电压标准，以完全避免电源侧的变压器。 

图14所示为图1所示的电能变换系统之电网侧或者整流侧620的至少一部分电路的另一种实施方式的示意图。图14所示的电网侧或者整流侧620的电路架构基本与图11所示的电网侧或者整流侧620的电路架构类似，因此，相同标号的元件在图14所示的实施方式中不再作详细描述。特别地，在图14所示的实施方式中，该电网侧或者整流侧620的第一滤波装置或者差模滤波装置630包括三相滤波电感682，684，686。此外，在图14所示的实施方式中，该整流侧620还包括第二电源侧滤波装置690，该第二电源侧滤波装 置690为共模滤波器，其包括包括三相共模滤波电感692，694，696。 

图15所示为图1所示的电能变换系统之电网侧或者整流侧620的至少一部分电路的另一种实施方式的示意图。图15所示的电网侧或者整流侧620的电路架构基本与图14所示的电网侧或者整流侧620的电路架构类似，因此，相同标号的元件在图15所示的实施方式中不再作详细描述。特别地，在图15所示的实施方式中，该电网侧或者整流侧620的第一滤波装置或者差模滤波装置630为一种陷波滤波器（Shunt filter），其用于滤除电网侧或者整流侧620的一种或者多种谐波信号。在一种实施方式中，该第一滤波装置或者差模滤波装置630包括第一相支路651，第二相支路653和第三相支路655，该第一相支路651与第一相线路638相连接，该第二相支路653与第二相线路642相连接，该第三相支路655与第三相线路644相连接。在一种实施方式中，该第一相支路651包括串联连接的第一陷波滤波电感（或者也称为电抗）663和第一陷波滤波电容657，该第二相支路653包括串联连接的第二陷波滤波电感665和第二陷波滤波电容659，该第三支路655包括串联连接的第三陷波滤波电感667和第三陷波滤波电容661。在图示的实施方式中，该三条支路651，653，655共同连接到公共连接点669，并且该公共连接点669可以选择性地接地连接。特别地，在一些实施方式中，当需要滤除多种谐波信号时，例如需要对第5次谐波信号，第7次谐波信号，第11次谐波信号，第13次谐波信号进行滤除时，该三相支路651，653，655中的每一者可以包括四条支路，该四条支路的陷波滤波电感和陷波滤波电容可以被设置成对相对应的第5次谐波信号，第7次谐波信号，第11次谐波信号和第13次谐波信号进行滤除。此外，在一些实施方式中，在此提及的陷波滤波器630也可以与如图14所示的主线路滤波电感632，634，636结合在一起使用，以更好地滤除谐波信号。 

图16所示为图1所示的电能变换系统之电网侧或者整流侧620的至少一部分电路的另一种实施方式的示意图。图16所示的电网侧或者整流侧620的电路架构基本与图11所示的电网侧或者整流侧620的电路架构类似，因此，相同标号的元件在图16所示的实施方式中不再作详细描述。特别地，在图16所示的实施方式中，该电网侧或者整流侧620还包括第二滤波装置691，该第二滤波装置691为共模滤波器，其包括包括第一共模滤波电感693和第二共模滤波电感695，其中，该第一、第二共模滤波电感693，695磁耦合在 一起，并且其各自的同名端设置在同一侧，在图示的实施方式中，该两个同名端靠近直流环节626设置，在其他实施方式中，该两个同名端也可以靠近第一变换器装置624设置。 

图17所示为图1所示的电能变换系统之负载侧710的至少一部分电路的一种实施方式的示意图。在图示的实施方式中，该负载侧710包括第二变换器装置或者逆变器712，其电连接在直流环节626和负载714之间，该直流环节626包括串联连接的第一电容器623和第二电容器625，该负载714可以为交流电机，例如三相交流电机。在一种实施方式中，该逆变器712具有如图2所示的嵌套式中点导向拓扑架构，其可以将直流环节626提供的直流电压转换成交流电压（例如，三相交流电压）。在一种实施方式中，该第二变换器装置712通过第一相线路716，第二相线路718和第三相线路722与三相交流电机714电连接，以将该第二变换器装置712转换产生的三相交流电机提供给该三相交流电机714，从而可以驱动该三相电机714进行工作。 

请继续参阅图17，在一种实施方式中，该负载侧710还包括负载侧滤波装置720，该负载侧滤波装置720电连接在该第二变换器装置712和该三相交流电机714之间，该负载侧滤波装置720被配置成用于滤除该第二变换器装置712所产生的三相交流电压的谐波信号，以使得该三相交流电机714免受影响。在一种实施方式中，该负载侧滤波装置720包括第一相负载侧滤波电感724，第二相负载侧滤波电感726和第三相负载侧滤波电感728。该第一相负载侧滤波电感724电连接在该第二变换器装置712和该三相交流电机714之间的第一相线路716上，该第二相负载侧滤波电感726电连接在该第二变换器装置712和该三相交流电机714之间的第二相线路718上，该第三相负载侧滤波电感728电连接在该第二变换器装置712和该三相交流电机714之间的第三相线路722上。在一种实施方式中，该负载侧滤波装置720还包括第一支路730，第二支路740和第三支路750。该第一支路730的一端与该第一相线路716电连接，该第二支路740的一端与该第二相线路718电连接，该第三支路750的一端与该第三相线路722电连接，此外，该第一支路730的另一端，该第二支路740的另一端以及该第三支路750的另一端共同电连接，并形成电连接点733。在一种实施方式中，该第一支路730包括串联连接的第一电阻器732和第一电容器734，该第二支路740包括串联连接的第二电阻器742和第二电容器744，该第三支路750包括串联连接的第三电阻 器752和第三电容器754。在其他实施方式中，也可以将该第一支路730，该第二支路740和该第三支路750省去。在具体实施时，可以搭配选择合适感抗值的滤波电感，合适电阻值的电阻器以及合适电容值的电容器，以进行谐波信号的滤除。如上文结合图11所作的描述，在负载侧的电机可以承受共模应力时，该负载侧滤波装置720和电源侧滤波装置630同时接地，以将共模滤波器省去，从而可以既满足电网关于共模电压的标准，也可以进一步提高系统的效率和功率密度，并降低成本。如图16所示，其还示出了该负载侧710还包括等效的一阶连接线路阻抗部760（也可以等效成多阶），该连接线路阻抗部760包括第一相线路电感762，第二相线路电感764，第三相线路电感766，以及等效第一电容器768，第二电容器772，第三电容器774。 

虽然结合特定的实施方式对本实用新型进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本实用新型可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于涵盖在本实用新型真正构思和范围内的所有这些修改和变型。 

Claims (12)

1.一种中高压电能变换系统，其特征在于：该中高压电能变换系统包括电源侧变换器装置，负载侧变换器装置和电源侧滤波装置；该电源侧滤波装置电连接在电源和该电源侧变换器装置之间，该电源侧变换器装置用于将该电源提供的第一种交流电能转换成直流电能或者将直流电能转换成交流电能以回馈给该电源；该负载侧变换器装置与该电源侧变换器装置电连接，该负载侧变换器装置用于将该直流电能转换成第二种交流电能，并将该第二种交流电能提供给负载，或者将第二种交流电能转换成直流电能，并将该直流电能回馈给该电源侧变换器装置；其中，该电源侧变换器装置至少包括形成嵌套式中点导向拓扑架构的第一变换器模块和第二变换器模块。 

2.如权利要求1所述的中高压电能变换系统，其特征在于：该电源侧滤波装置为差模滤波装置，该差模滤波装置包括第一电源侧滤波电感，第二电源侧滤波电感和至少由一个电容器形成的支路，该第一电源侧滤波电感和该第二电源侧滤波电感串联连接在该电源和该第一变换器装置之间的线路上。 

3.如权利要求1所述的中高压电能变换系统，其特征在于：该电源侧滤波装置为差模滤波装置，该差模滤波器包括至少一个由电感和电容串联形成的陷波滤波支路。 

4.如权利要求1所述的中高压电能变换系统，其特征在于：该电源侧滤波装置为三相差模滤波器，该三相差模滤波器包括第一相第一电感，第二相第一电感，第三相第一电感，该第一相第一电感连接在该电源和该第一变换器装置之间的第一相线路上，该第二相第一电感连接在该电源和该第一变换器装置之间的第二相线路上，该第三相第一电感连接在该电源和该第一变换器装置之间的第三相线路上；该三相差模滤波器还包括第一相支路，第二相支路和第三相支路，该第一相支路的一端和该第一相线路电连接，该第二相支路的一端和该第二相线路电连接，该第三相支路的一端和 该第三相电路电连接，该第一相支路的另一端，该第二相支路的另一端和该第三相支路的另一端共同电连接，该第一相支路至少包括第一电容器，该第二相支路至少包括第二电容器，该第三相支路至少包括第三电容器。 

5.如权利要求4所述的中高压电能变换系统，其特征在于：该第一相支路，该第二相支路和该第三相支路之间的共同连接点选择性的接地。 

6.如权利要求4所述的中高压电能变换系统，其特征在于：该三相差模滤波器还包括第一相第二电感，第二相第二电感和第三相第二电感，该第一相第二电感和该第一相第一电感串联连接，该第二相第二电感和该第二相第一电感串联连接，该第三相第二电感和该第三相第一电感串联连接。 

7.如权利要求1所述的中高压电能变换系统，其特征在于：该中高压电能变换系统还包括共模滤波装置，该共模滤波装置连接在该电源和该电源侧变换器装置之间。 

8.如权利要求1所述的中高压电能变换系统，其特征在于：该中高压电能变换系统还包括共模滤波装置，该共模滤波装置连接在该电源侧变换器装置和该负载侧变换器装置之间。 

9.如权利要求1所述的中高压电能变换系统，其特征在于：该第一变换器模块和该第二变换器模块每一者包括多个开关单元，在进行电能变换时，该多个开关单元中的至少二者通过互补方式进行开关操作并且通过非互补方式进行开关操作。 

10.如权利要求1所述的中高压电能变换系统，其特征在于：该第一变换器模块和该第二变换器模块每一者包括多个开关单元，该多个开关单元中的至少一者或者为单一的开关器件，或者包括至少两个串联连接的开关器件。 

11.如权利要求1所述的中高压电能变换系统，其特征在于：该第一变换器模块和该第二变换器模块每一者包括多个开关单元，该第一变换器装置至少 包括串联连接的第一飞跨电容器和第二飞跨电容器，在一个或者多个基波周期内，该第一飞跨电容器和该第二飞跨电容器的电压通过选择性地利用该多个开关单元所存在的冗余开关状态进行平衡。 

12.如权利要求1所述的中高压电能变换系统，其特征在于：该第一变换器模块和该第二变换器模块每一者包括多个开关单元，在一个基波周期的至少一部分时间间隔，施加至该多个开关单元中的至少一者之开关驱动信号被封闭，以减少开关单元的开关次数。 

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