KR20150054999A - Hvdc 적용을 위한 모듈형 다중 레벨 dc/dc 컨버터 - Google Patents

Hvdc 적용을 위한 모듈형 다중 레벨 dc/dc 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상이한 전압들을 갖는 HVDC 그리드들을 접속하기 위한 연속 작동에 적합한 DC/DC 전압 컨버터(15)에 관한 것으로서, 이 DC/DC 전압 컨버터는 서로 직렬 접속되어 컨버터 직렬 회로(16)를 형성하는 제1 부분 컨버터(8) 및 제2 부분 컨버터(11)를 포함하고, 컨버터 직렬 회로(16)는 DC 전압 접속(1)의 DC 단자들(2, 3) 사이에 연장하고, 제2 부분 컨버터(11)는 제2 DC 전압 접속(4)의 DC 단자들(5, 6) 사이에 연장되며, 제1 부분 컨버터(8) 및 제2 부분 컨버터(11)는 전력 교환 수단(14)을 통해 서로 접속되어, 제1 부분 컨버터(8)와 제2 부분 컨버터(11) 사이의 전력의 교환이 전력 교환 수단(14)을 통해 가능해진다.

Description

HVDC 적용을 위한 모듈형 다중 레벨 DC/DC 컨버터{MODULAR MULTILEVEL DC/DC CONVERTER FOR HVDC APPLICATIONS}
본 발명은 상이한 전압들을 갖는 HVDC 그리드들을 접속하기 위한 DC/DC 전압 컨버터에 관한 것으로서, 상기 DC/DC 전압 컨버터는 서로 직렬 접속되어 컨버터 직렬 회로를 형성하는 제1 부분 컨버터 및 제2 부분 컨버터를 구비하며, 컨버터 직렬 회로는 DC 전압 접속의 DC 전압 단자들 사이에 연장하고, 제2 부분 컨버터는 제2 DC 전압 접속의 DC 전압 단자들 사이에 연장한다.
그러한 장치는 예컨대 WO 2010/145690 A1로부터 공지되어 있다. 이 문헌은 서로 직렬 접속되는 2개의 부분 컨버터를 개시하며, 각각의 부분 컨버터는 직렬 접속된 2극 서브모듈들로 구성되는 개별 위상 모듈을 구비한다. 2극 서브모듈들은 전력 반도체 스위치들 및 커패시터를 구비하며, 전력 반도체 스위치들의 작동에 따라 각각의 서브모듈의 출력에서 커패시터 양단에서 강하하는 전압 또는 제로 전압이 생성될 수 있다. 직렬 접속된 위상 모듈들은 제1 DC 전압 접속을 형성하며, 이 접속에는 제1 DC 전압 그리드가 접속될 수 있다. 제2 DC 전압 접속은 제2 부분 컨버터의 위상 모듈에 의해 형성되며, 제1 DC 전압 접속의 음극은 제2 DC 전압 접속의 음극이기도 하다. 이전에 알려진 장치는, 부분 컨버터들의 서브모듈들의 커패시터들이 연속 작동 동안 허용 가능한 양 이상으로 충전되는 위험성이 존재하는 단점을 갖는다.
DC 전압 그리드들의 부하 흐름 제어를 위한 장치가 WO 2010/115452에 설명되어 있다. 상기 장치는 상기 DC 전압 그리드의 DC 전압 라인 내에 직렬 접속되는 세로 전압 소스를 구비한다. 세로 전압 소스는 2개의 직렬 접속된 네트워크 제어식 컨버터에 의해 실현되며, 결과적으로 연속 작동 동안의 손실이 낮다. DC 전압 그리드 내의 전압을 증가시킬 수 있기 위해, DC 전압 그리드 내에 직렬 접속되는 컨버터는 DC 전압 그리드 내에 병렬로 접속되는 컨버터의 AC 전압 접속에 제1 변압기, AC 전압 그리드 및 제2 변압기를 통해 AC 전압 측에서 접속된다. DC 전압 그리드와 병렬 접속되는 컨버터는 횡축 전압 소스로도 지칭될 수 있다. 횡축 전압 소스는 세로 전압 소스의 전류 공급에 필요한 에너지를 제공한다. 이러한 방식으로, DC 전압 그리드 내의 전압을 증가시킴으로써 부하 흐름 제어가 가능해진다.
상이한 전압 레벨들을 갖는 HVDC 그리드들을 접속하기 위한 추가적인 종래 기술이 도 1에 예시된다. 도 1에 도시된 DC/DC 전압 컨버터는 제1 HVDC 그리드에 접속하기 위한, 양의 DC 전압 단자(2) 및 음의 DC 전압 단자(3)를 형성하는 제1 DC 전압 접속(1)을 구비한다. 더 낮은 명목 DC 전압을 갖는 제2 HVDC 그리드에 접속하기 위해, 또한 양의 DC 전압 단자(5) 및 음의 DC 전압 단자(6)를 갖는 제2 DC 전압 접속(4)이 제공된다. 제1 부분 컨버터(8)의 3개의 위상 모듈(7)은 DC 전압 접속(1)의 양의 DC 전압 단자(2)와 음의 접속 단자(3) 사이에 연장한다. 이 경우, 위상 모듈은 2개의 서로 직렬 접속된 컨버터 아암(9) 및 코일 형태의 인덕턴스(10)로 구성된다. 더구나, 제2 부분 컨버터(11)가 제공되며, 이는 또한 각자가 2개의 직렬 접속된 컨버터 아암(9) 및 인덕턴스(10)로 구성되는 3개의 위상 모듈(7)을 갖는다. 각각의 위상 모듈(7)은 제2 DC 전압 접속(4)의 양의 접속 단자(5) 및 음의 접속 단자(6)를 형성하는 2개의 DC 전압 접속을 형성한다. 컨버터 아암들(9) 사이의 전위 포인트는 각각의 컨버터(8 또는 11)의 AC 전압 접속(13)의 AC 전압 위상(12)을 형성한다. 2개의 AC 전압 접속(13)은 3상 변압기(14)를 통해 서로 접속된다. 이 경우, 상기 변압기(14)의 권선들은 임의의 방식으로, 즉 예를 들어 델타접속 또는 스타 접속 방식으로 서로 접속될 수 있다.
상기한 이전에 알려진 장치에 따르면, 제1 DC 전압 그리드의 DC 전압은 먼저 제1 부분 컨버터(8)를 통해 AC 전압으로 변환되고, 변압기(14)에 의해 각각의 필요한 전압 레벨로 변압된 후에, 다시 부분 컨버터(11)에 의해 원하는 DC 전압으로 다시 변환된다.
낮은 에너지 내지 중간 에너지에 대한 DC/DC 전압 컨버터들도 충분히 알려져 있다. 코일들 및 커패시터들을 구비한 부스트 또는 벅 컨버터들이 이와 관련하여 언급되어야 하며, 여기서는 전류 흐름의 임시 중단을 위해 전력 반도체 스위치들이 사용된다. 공지된 부스트 또는 벅 컨버터들의 전력 반도체 스위치들은 고전압 범위에서 매우 큰 부하를 받지만, 수리 불능의 손상이 단시간 후에 바로 발생할 수 있다.
본 발명의 과제는 연속 작동에도 적합한 전술한 유형의 DC/DC 전압 컨버터를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는, 제1 부분 컨버터 및 제2 부분 컨버터가 전력 교환 수단을 통해 서로 접속되어 전력 교환 수단을 통한 제1 부분 컨버터와 제2 부분 컨버터 간의 전력의 교환이 가능해짐으로써 해결된다.
본 발명의 범위 내에서, 2개의 부분 컨버터로 구성된 직렬 회로를 갖는 DC/DC 전압 컨버터가 제공된다. 상기 컨버터 직렬 회로는 DC 전압 단자에 각각 접속되는 2개의 DC 전압 접속을 형성한다. 이러한 접속은 예를 들어 적절한 인덕턴스를 통해 행해진다. DC 전압 단자들은 함께, 제1 DC 전압 그리드가 접속될 수 있는 제1 DC 전압 접속을 형성한다. 제2 DC 전압 그리드가 DC/DC 전압 컨버터의 제2 DC 전압 접속에 접속될 수 있으며, 결과적으로 제2 DC 전압 그리드는 단일 부분 컨버터의 DC 전압 접속들에 접속된다. 2개의 부분 컨버터의 직렬 회로의 유전 강도는 직렬 회로의 단일 부분 컨버터의 유전 강도보다 크므로, 제1 DC 전압 그리드는 제2 DC 전압 그리드의 작동 전압보다 큰 작동 전압을 가질 수 있다. 따라서, 제1 DC 전압 접속은 고전압 측으로도 지칭될 수 있으며, 제2 DC 전압 접속은 저전압 측으로 지칭될 수 있다. 본 발명의 범위 내에서, 부분 컨버터들의 연속 작동 동안 전력이 공급되거나 방출되어야 한다는 것을 인식하였다. 그에 더하여, 각각의 부분 컨버터에 공급되는 전력은 대체로 0과 동일해야 한다. 그러나, 이것은 실제로는 가능하지 않다. 따라서, 본 발명에 따르면, 전력 교환 수단이 제공되며, 이를 통해 2개의 부분 컨버터는 또한 서로 접속된다. 따라서, 부분 컨버터들은 서로 전력을 교환할 수 있으며, 결과적으로 본 발명의 범위 내에서 DC/DC 전압 컨버터의 연속 작동 동안에도 컴포넌트들의 에러 또는 고장이 최대로 방지될 수 있다. 제1 DC 전압 접속의 양의 DC 전압 단자와 제2 DC 전압 접속의 양의 DC 전압 단자 사이에 연장하는 제1 부분 컨버터 양단에서 강하되는 과다 전력은 전력 교환 수단을 통해 본 발명에 따라 저전압 측으로, 즉 제2 DC 전압 접속의 DC 전압 단자들 사이에 연장하는 제2 부분 컨버터로 전달된다. 제2 부분 컨버터는 상기 전력을 제2 DC 전압 접속에 접속된 DC 전압 그리드 내로 공급한다. 본 발명의 범위 내에서, 양 방향에서, 즉 고전압 측에서 저전압 측으로 또는 그 반대로 전력 흐름이 가능하다. 본 발명의 범위 내에서 임의의 변환 비율들이 또한 실현될 수 있다.
본 발명의 범위 내에서 부분 컨버터들의 토폴로지, 즉 부분 컨버터들의 구조 및 컴포넌트들은 원칙적으로 임의적이다. 그러나, 바람직하게는, 부분 컨버터들은 자체 전환 컨버터(self-commutated converter)들이며, 따라서 이들은 능동적으로 스위치 온 및 오프될 수 있는 전력 반도체 스위치들을 구비한다. 이와 달리, 제2 부분 컨버터만이 자제 전환 컨버터이다. 컨버터들은 유리하게도 2극 서브모듈들로 구성된 직렬 회로를 갖는다. 서브모듈들의 구성은 원칙적으로 본 발명의 범위 내에서 임의적이다. 따라서, 서브모듈은 예를 들어 단지 하나의 전력 반도체 스위치, 예를 들어 사이리스터, GTO, IGBT, IGCT 등을 구비하며, 예를 들어 스위치 오프될 수 있는 전력 반도체 스위치들의 경우에 프리휠링 다이오드가 전력 반도체 스위치와 병렬로 백투백 접속된다. 대안으로서, 역도전성 전력 반도체 스위치들이 고려된다. 단일 서브모듈의 유전 강도는 HVDC 송신 내에서의 전압 강하를 신뢰성 있게 조절하기에 일반적으로 불충분하므로, 상기 서브모듈들로 구성되는 직렬 회로가 필요하다. 이러한 이유로 인해, 본 발명의 범위 내에서 각각의 부분 컨버터는 직렬 접속되는 다수의 서브모듈, 예를 들어 약 100개 또는 300개의 서브 모듈을 갖는다. 더욱이, 부분 컨버터들은 부분 컨버터들을 통해 흐를 수 있는 최대 전류들을 제한하기 위한 유도성 요소들도 구비할 수 있다. 물론, 본 발명과 관련하여, 고정 배선될 수 없는 전력 반도체들이 사용되는 경우에 스너버 네트워크들(snubber networks)도 제공될 수 있다.
유리하게도, 각각의 부분 컨버터는 AC 전압 접속을 가지며, 제1 부분 컨버터의 AC 전압 접속은 전력 교환 수단을 통해 제2 부분 컨버터의 AC 전압 접속에 접속된다. 이러한 유리한 추가적인 개발에 따라, DC/DC 전압 컨버터에 접속된 DC 전압 그리드들의 DC 전압은 AC 전압으로 변환되며, 전력 교환 수단은 공지 방식으로 AC 전압들을 필요한 전압 레벨로 변환한다.
따라서, 유리하게도, 전력 교환 수단은 변압기로서 설계된다. 변압기의 설계는 원칙적으로 임의적일 수 있다. 따라서, 바람직하게는 서로 유도적으로 결합되는 전기 절연된 권선들을 갖는 전통적인 변압기들이 사용될 수 있다. 그러나, 이와 달리, 자동 변압기도 사용될 수 있다. 자동 변압기의 경우, 권선들의 전기 절연은 필요하지 않다. 권선 쌍 대신에, 탭을 갖는 하나의 권선만이 사용된다. 따라서, 이와 같은 자동 변압기는 유도성 전압 분할기로도 간주될 수 있다. DC 전위들을 격리하기 위한 수단들, 예를 들어 커패시터들이 자동 변압기와 부분 컨버터들의 AC 전압 접속들 사이에 유리하게 배열된다.
바람직하게, 변압기는 제1 부분 컨버터의 AC 전압 접속에 접속되는 1차 권선 및 제2 부분 컨버터의 AC 전압 접속에 접속되는 2차 권선을 갖는다.
1차 권선에서 강하하는 AC 전압은 이와 같은 변압기에 의해 2차 측에서 더 낮은 AC 전압으로 변압된다.
유리한 추가 개발에 따르면, 각각의 부분 컨버터는 2개의 직렬 접속된 컨버터 아암을 형성하는 적어도 하나의 위상 모듈을 구비하며, 각각의 위상 모듈의 컨버터 아암들의 사이의 전위 포인트는 AC 전압 접속의 AC 전압 위상을 형성한다. 이러한 유리한 추가 개발에 따르면, 예를 들어 소위 그래츠 브리지(Graetz bridge)를 형성하도록 함께 접속되는 컨버터 아암들 또는 컨버터 분기들을 형성하는 컨버터들이 사용된다. 이 경우, 각각의 컨버터 아암은 DC 전압 접속과 AC 전압 접속 사이에 연장한다. 예를 들어, 인덕터 코일들의 형태의 인덕턴스들이 컨버터 아암 또는 위상 모듈 내에 배열된다. 이러한 유형의 브리지 회로들을 갖는 부분 컨버터들은 HVDC 송신에서 이미 알려져 있으며, 따라서 각각의 요구에 대한 토폴로지의 적응에 대한 경험에 의존할 수 있다.
본 발명의 일 변형예에서, 각각의 부분 컨버터는 3개의 위상 모듈을 가지며, 이들의 AC 전압 접속들은 3상 변압기를 통해 서로 접속된다. 따라서, 3상 변압기는 3개의 2차 권선에 결합되는 3개의 1차 권선을 갖는다. 2차 권선들 및 1차 권선들 각각은 임의의 방식으로 서로 상호접속될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 접지된 중립 포인트 배열 또는 델타 접속이 본 발명의 이러한 추가 개발의 범위 내에서 가능하다.
위와 다른 변형예에서, 적어도 하나의 부분 컨버터는 2개의 위상 모듈을 가지며, 이들의 AC 전압 접속은 단상 변압기를 통해 다른 부분 컨버터의 AC 전압 접속에 결합된다. 이러한 유리한 추가 개발에 따르면, 3상 변압기를 갖는 전술한 변형예에 비해 상당한 비용이 절감될 수 있다. 따라서, 이 예에서는 각각의 부분 컨버터에 대해 2개의 위상 모듈만이 필요하다. 3상 변압기 대신에, 실질적으로 더 비용 효과적인 단상 변압기가 사용된다. 상기 변압기의 1차 권선은 2개의 접속 단자를 가지며, 하나의 접속 단자는 제1 위상 모듈의 AC 전압 위상에 접속되고, 나머지 접속 단자는 제1 부분 컨버터의 제2 위상 모듈의 AC 전압 위상에 접속된다. 제2 부분 컨버터에 대해서도 대응하는 접속이 이루어질 수 있으며, 결과적으로 그의 2개의 위상 모듈은 AC 전압 측에서 2차 권선의 접속 단자에 각각 접속된다.
이와 관련된 추가 개발의 예에서, 각각의 부분 컨버터 또는 부분 컨버터들 중 적어도 하나는 각각의 경우에 하나의 위상 모듈을 가지며, 그의 AC 전압 위상은 커패시터를 통해 제1 또는 제2 DC 전압 접속의 극에 접속되는 커패시터 보조 위상에 할당되고, 상기 AC 전압 위상 및 그에 할당된 커패시터 보조 위상은 단상 변압기의 권선을 통해 서로 접속된다. 본 발명의 이러한 변형에 따르면, 단상 변압기의 1차 권선의 접속 단자 및 2차 권선의 접속 단자는 각각의 경우에 제1 부분 컨버터 또는 제2 부분 컨버터의 AC 전압 위상에 접속된다. 단상 변압기의 각각의 권선의 나머지 접속 단자는 커패시터 보조 위상에 접속된다. 커패시터 보조 위상은 접속된 DC 전압 그리드의 극 또는 DC 전압 접속의 단자에 커패시터 또는 동등한 용량성 수단을 통해 접속된다. 따라서, 보조 전위가 커패시터 보조 위상에 의해 존재할 수 있으며, 결과적으로 단일 위상 모듈을 갖는 각각의 부분 컨버터는 커패시터 보조 위상의 전위를 참조하여 그의 AC 전압 위상에서 AC 전압을 생성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 범위 내에서 적어도 하나의 부분 컨버터는 스위치 온 및 오프될 수 있는 전력 반도체 스위치들을 갖는 자제 전환 컨버터인 것이 바람직하다. 바람직한 변형에 따르면, 제1 부분 컨버터 및 제2 부분 컨버터 양자는 각각 자제 전환 컨버터이다. 이와 달리, 제1 부분 컨버터는 예를 들어 스위치 온될 수 있지만 오프되지 않는 사이리스터들을 갖는 외부 전환 컨버터이다.
본 발명의 바람직한 구성에 따르면, 제1 부분 컨버터 및 제2 부분 컨버터 양자 또는 2개의 부분 컨버터 중 하나는 2극 서브모듈들로 구성되는 직렬 회로를 갖는 컨버터 아암들을 갖는 소위 모듈형 다중 레벨 컨버터로서 구성되며, 각각의 서브모듈은 적어도 하나의 에너지 저장소 및 전력 반도체 스위치들을 구비한다. 전력 반도체 스위치들은 스위치 온 및 오프될 수 있는 소위 전력 반도체 스위치들이다. 이 경우, 바람직하게는 프리휠링 다이오드가 스위치 오프될 수 있는 전력 반도체 스위치들 각각과 병렬로 백투백 접속된다. 그러나, 이와 달리, 역도전성 전력 반도체 스위치들도 사용될 수 있다.
이와 같은 서브모듈들은 예를 들어 소위 풀-브리지 회로 및/또는 하프-브리지 회로를 형성할 수 있다.
하프-브리지 회로는 2개의 전력 반도체 회로로 구성되는 직렬 회로를 가지며, 직렬 회로는 에너지 저장소와 병렬 접속된다. 서브모듈의 하나의 접속 단자는 에너지 저장소의 한 극에 접속되고, 서브모듈의 나머지 접속 단자는 전력 반도체 스위치들 사이의 전위 포인트에 접속된다.
풀-브리지 회로는 둘 다 서브모듈의 커패시터 또는 에너지 저장소와 병렬로 접속되는 2개의 그러한 직렬 회로를 갖는다. 풀-브리지 회로의 경우, 제1 접속 단자는 제1 직렬 회로의 전력 반도체 스위치들 사이의 전위 포인트에 접속되며, 제2 접속 단자는 제2 직렬 회로의 전력 반도체 스위치들 사이의 전위 포인트에 접속된다.
더구나, 서브모듈들은 예를 들어 WO 2011/067120에 개시된 소위 이중 모듈 회로도 형성할 수 있으며, 그의 구조는 아래에서 더 상세히 설명된다. 풀-브리지 또는 이중 모듈 회로들을 갖는 서브모듈들은 양방향 차단 서브모듈들이다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 제1 부분 컨버터의 각각의 컨버터 아암은 양방향 차단 서브모듈들뿐만 아니라 하프-브리지 회로들을 갖는 서브모듈들도 구비한다. 하프-브리지 회로 내의 서브모듈은 풀-브리지 회로 또는 이중 모듈 회로 내의 서브모듈에 비해 4개의 전력 반도체 스위치에 비해 더 적은 수의 전력 반도체 스위치, 예를 들어 2개의 전력 반도체 스위치로 인해 손실이 감소하는 장점을 갖는다. 물론, 하프-브리지 회로들은 풀-브리지 회로들보다 비용 효과적이기도 하다. 그러나, 풀-브리지 회로들 및 이중 모듈 회로들은 전류의 흐름이 각각의 서브모듈을 통해 양 방향으로 제어될 수 있는 장점을 갖는다. 이와 달리, 하프-브리지 회로의 경우, 제1 및 제2 접속 단자들 사이에 배열된 프리휠링 다이오드를 통해 단락 전류가 방해받지 않고 흐를 수 있다. 풀-브리지 회로들 내의 서브모듈들과 같이, 이중 모듈 회로들 내의 서브모듈들도 전류의 흐름을 양 방향에서 제어할 수 있다. 풀-브리지 및 하프-브리지 서브모듈들 또는 이중 모듈들 및 하프-브리지 모듈들의 혼합 사용은 낮은 손실과 비용 사이의 절충과 동시에, 예를 들어 풀-브리지 서브모듈들의 적절한 작동에 의해 DC/DC 전압 컨버터를 통해 흐르는 것이 방지될 수 있는 높은 단락 전류들에 대한 보호를 나타낸다. 따라서, 이러한 유리한 추가 개발에 따르면, 단락 전류가 하나의 DC 전압 그리드로부터 나머지 DC 전압 그리드로 흐르는 것을 방지하는 DC/DC 전압 컨버터가 제공된다.
추가 개발에 따르면, 제2 부분 컨버터는 하프-브리지 회로로만 구성되는 위상 모듈들을 가지며, 변환 비율(
Figure pct00001
)은 2 이상이다. 이와 같은 DC/DC 전압 컨버터는 제2 DC 전압 접속에 배열되는 DC 전압 그리드 내의 단락을 신뢰성 있게 격리할 수 있다.
본 발명의 추가적인 바람직한 구성들 및 장점들은 도면들을 참조하는 본 발명의 실시예들의 아래의 설명의 주제이며, 도면들에서 동일한 참조 부호들은 동일하게 작동하는 컴포넌트들을 나타낸다.
도 1은 종래 기술에 따른 DC/DC 전압 컨버터의 등가 회로도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 DC/DC 전압 컨버터의 일 실시예의 등가 회로도를 나타낸다.
도 3 내지 7은 본 발명에 따른 DC/DC 전압 컨버터의 추가 실시예들을 나타낸다.
도 8은 제2 DC 전압 접속에서 단락 전류를 차단하도록 셋업되는 도 2에 따른 DC/DC 전압 컨버터를 나타낸다.
도 9는 제1 DC 전압 접속에서 단락 전류를 차단하도록 셋업되는 도 2 및 8에 따른 DC/DC 전압 컨버터를 나타낸다.
도 10 및 11은 본 발명에 따른 DC/DC 전압 컨버터를 위한 서브모듈들의 등가 회로도들을 나타낸다.
도 13은 본 발명에 따른 DC/DC 전압 컨버터를 위한 컨버터 아암의 일 실시예를 나타낸다.
도 14는 본 발명에 따른 DC/DC 전압 컨버터의 추가 실시예를 나타낸다.
도 1은 서두에서 이미 설명된 종래 기술에 따른 DC/DC 전압 컨버터의 등가 회로도를 나타낸다.
도 2는 양의 DC 전압 단자(2) 및 음의 DC 전압 단자(3)를 갖는 제1 DC 전압 접속(1)을 갖는 본 발명에 따른 DC/DC 전압 컨버터(15)의 일 실시예의 등가 회로도를 나타낸다. 더구나, 양의 DC 전압 단자(5) 및 음의 DC 전압 단자(6)를 갖는 제2 DC 전압 접속(4)이 제공된다. DC 전압 단자(6)는 제1 DC 전압 접속(1)의 DC 전압 단자(3)와 동일한 전위를 갖는다. 도시된 DC/DC 전압 컨버터(15)는 서로 직렬 접속되고 컨버터 직렬 회로(16)를 형성하는 제1 부분 컨버터(8) 및 제2 부분 컨버터(11)도 포함하며, 제1 부분 컨버터(8)는 DC 전압 측에서 인덕턴스들(10)을 통해 제1 DC 전압 접속(1)의 양의 DC 전압 단자(2)에 그리고 제2 DC 전압 접속(4)의 양의 DC 전압 단자(5)에 접속된다. 제2 부분 컨버터(11)는 또한 DC 전압 측에서 인덕턴스들(10)을 통해 제2 DC 전압 접속(4)의 양의 DC 전압 단자(5)에 그리고 제1 DC 전압 접속(1)의 음의 DC 전압 단자(3)에 접속된다. 컨버터 직렬 회로(16)는 제1 DC 전압 접속(1)의 DC 전압 단자들(2, 3) 사이에 연장한다. 위상 모듈들(7)을 갖는 제2 부분 컨버터(11)는 제2 DC 전압 접속(4)의 DC 전압 단자들(5, 6) 사이에 연장한다. 각각의 위상 모듈은 코일들의 형태의 2개의 인덕턴스(10)를 포함한다.
인덕턴스들(10)은 이 경우에 위상 모듈(7)의, 따라서 부분 컨버터(8 또는 11)의 컴포넌트들로서 간주된다. 제1 DC 전압 단자(1)는 명목 DC 전압(UDC1)을 갖는 제1 DC 전압 그리드를 접속하는 데 사용된다. 제2 DC 전압 접속은 명목 DC 전압(UDC2)을 갖는 제2 DC 전압 그리드를 접속하는 데 사용된다. 이 경우에 제1 DC 전압 그리드의 명목 DC 전압(UDC1)은 제2 DC 전압 그리드의 명목 DC 전압(UDC2)의 3배 정도로 높다(UDC1 = 3*UDC2). 따라서, DC/DC 전압 컨버터(15)의 변환 비율(
Figure pct00002
)은 3이다. 따라서, DC/DC 전압 컨버터(15)의 작동 동안, 제2 DC 전압 그리드의 전압은 제2 부분 컨버터(11) 양단에서 강하된다. 제2 DC 전압 접속(4)의 양의 DC 전압 단자(5)는 제1 부분 컨버터(8)와 제2 부분 컨버터(11) 사이의 DC 전위 포인트(17)에 있다.
제1 부분 컨버터(8)의 토폴로지는 제2 부분 컨버터(11)의 토폴로지에 실질적으로 대응할 수 있다. 그러나, 제1 DC 전압 그리드에서 단락을 차단하는 동시에 가능한 한 낮은 손실로 작동할 수 있기 위해, 부분 컨버터들의 구조는 본 발명의 바람직한 변형에서 서로 상이하다.
도 2에서, 제1 부분 컨버터(8) 및 제2 부분 컨버터(11)는 각각의 경우에 3개의 위상 모듈(7)을 포함하며, 각각의 위상 모듈은 컨버터 아암들(9)로 구성되는 직렬 회로를 갖는다. 위상 모듈(7)의 컨버터 아암들(9) 사이의 전위 포인트는 제1 부분 컨버터(8) 또는 제2 부분 컨버터(11)의 AC 전압 접속(13)의 AC 전압 위상(12)에 대응한다. 이 경우, 제1 부분 컨버터(8)의 AC 전압 위상들(12)은 각각의 경우에 전력 교환 수단으로서의 3상 변압기(14)의 1차 권선(18)에 전기적으로 접속된다. 이와 달리, 제2 부분 컨버터(11)의 AC 전압 접속(13)의 AC 전압 위상들(12)은 변압기(14)의 2차 권선(19)에 접속된다. 권선들(18, 19)의 유도성 결합으로 인해, 제1 부분 컨버터(8)와 제2 부분 컨버터(11) 간의 전력의 교환이 가능해진다. 이와 관련하여, 부분 컨버터들(8, 11)은 제1 부분 컨버터(8)로부터 제2 부분 컨버터(11)로의 전력 흐름이 형성되도록 작동되며, 이어서 전력 흐름은 제2 DC 전압 접속(4)에 존재하는 DC 전압 그리드 내로 전력을 제공한다.
도 2에 도시된 실시예에서, 부분 컨버터들(8, 11) 각각은 소위 그래츠 브리지를 형성하도록 상호접속되는 컨버터 아암들(9)을 갖는 소위 모듈형 다중 레벨 컨버터이다. 이 경우, 각각의 컨버터 아암(9)은 도 10 내지 12에 예시적으로 도시되는 2극 서브모듈들로 구성되는 직렬 회로를 갖는다. 부분 컨버터(8)의 컨버터 아암들(9)은 도 13에 도시된다. 각각의 컨버터 아암(9)은 상이한 2극 서브모듈들(20, 21)로 구성되는 직렬 회로를 갖는다는 것을 알 수 있으며, 그의 구조는 도 10 및 11에 도시된다. 도 12는 본 발명에 따른 DC/DC 전압 컨버터(15)에서 사용될 본 발명의 범위 내의 컨버터 아암(9)의 직렬 회로의 일부일 수 있는 서브모듈(23)의 다른 구성을 나타낸다.
도 10에 도시된 서브모듈(21)은 소위 하프-브리지 회로이다. 상기 서브모듈(21)은 유니폴라 커패시터(24) 형태의 에너지 저장소(24)를 갖는다는 것을 알 수 있다. 2개의 전력 반도체 스위치(26), 이 예에서는 IGBT로 구성되는 직렬 회로(25)가 커패시터(24)와 병렬 접속되며, 프리휠링 다이오드(27)가 각각의 IGBT(26)와 병렬로 백투백 접속된다. 서브모듈(21)의 제1 서브모듈 접속 단자(28)가 커패시터(24)의 극에 접속되며, 제2 서브모듈 접속 단자(29)가 IGBT들(26) 사이의 전위 포인트에 접속된다. 전력 반도체 스위치들(26)의 작동에 따라, 커패시터(24) 양단에서 강하하는 전압(Um) 또는 제로 전압이 생성될 수 있다.
도 11은 유니폴라 전압(Um)이 강하시키는 커패시터의 형태의 에너지 저장소(24)도 갖는 서브모듈(22)의 다른 실시예를 나타낸다. 이 경우에도, 2개의 IGBT(26)로 구성되는 제1 직렬 회로(25)가 제공되며, 프리휠링 다이오드(27)가 다시 각각의 IGBT(26)와 병렬로 백투백 접속된다. 더구나, 제2 직렬 회로(30)도 제공되지만, 이 제2 직렬 회로는 또한 커패시터(24)와 병렬 접속된다. 제2 직렬 회로(30)는 각각의 경우에 프리휠링 다이오드(27)와 병렬로 백투백 접속되는 2개의 직렬 접속된 IGBT(26)도 갖는다. 제1 서브모듈 접속 단자(29)는 다시 제1 직렬 회로(25)의 IGBT들(26) 사이의 전위 포인트에 접속되며, 제2 직렬 회로(30)의 IGBT들(26) 사이의 전위 포인트는 제2 접속 단자(28)를 형성한다. 풀-브리지 회로의 경우, 에너지 저장소(24) 양단에서 강하하는 전압(Um), 제로 전압 또는 역 커패시터 전압(-Um)이 2개의 접속 단자(26, 28)에서 생성될 수 있다.
더구나, 도 11에 따른 풀-브리지 회로(22)와 관련하여, 접속 단자들(26, 28) 간의 전류의 흐름이 표적 방식으로 양 방향에서 제어되는 것이 가능하다. 즉, 단락의 경우에, 풀-브리지 모듈(22)을 이용하여 양 방향에서 반대 전위가 형성될 수 있으며, 반대 전위는 단락 전류를 억압하는 데 사용될 수 있다. 따라서 하프-브리지 회로로서 실현되는 도 10에 따른 서브모듈(21)의 경우, 대응하는 극성에서, 전류가 서브모듈 접속 단자(28)로부터 더 낮은 프리휠링 다이오드(27)를 통해 서브모듈 접속 단자(29) 내로 흐를 수 있으며, 이것을 능동적으로 중단시키는 것은 가능하지 않다. 따라서, 이러한 방향에서의 단락 전류는 영향을 받을 수 없다. 그러나, 이와 달리, 하프-브리지 회로는 그의 구조를 위해 2개의 IGBT 및 2개의 프리휠링 다이오드만을 필요로 하고, 따라서 도 11에 따른 풀-브리지 회로보다 더 비용 효과적으로 생성되는 장점을 갖는다. 더구나, 하프-브리지 회로(21)의 손실은 더 낮다.
2개의 구성, 즉 하프-브리지 회로와 풀-브리지 회로 간의 절충이 도 12에 도시된 서브모듈(23)에 의해 예시되며, 이는 소위 이중 모듈 회로로도 알려져 있다. 이중 모듈 회로(23)는 WO 2011/067120에 상세히 설명되어 있으며, 2개의 동일한 서브유닛(31, 32)으로 구성되고, 그의 토폴로지는 하프-브리지 회로의 토폴로지에 기초한다. 서브유닛들(31, 32) 각각은 커패시터 형태의 에너지 저장소(24) 및 병렬로 백투백 접속된 프리휠링 다이오드(27)를 각각 갖는 2개의 IGBT(26)로 구성되는 직렬 회로(25)를 포함한다. 대안으로서, 역도전성 전력 반도체들이 고려된다. 제1 서브모듈 접속 단자(28)가 제1 서브유닛(32)의 IGBT들(26) 사이의 전위 포인트에 접속되며, 제2 서브모듈 접속 단자(29)가 제2 서브유닛(31)의 IGBT들(26)의 전위 포인트에 접속된다. 2개의 서브유닛(31, 32)은 접속 수단(33)을 통해 서로 접속되며, 접속 수단은 전위 격리 다이오드들(34) 및 하부 전위 격리 다이오드(34)의 캐소드를 상부 전위 격리 다이오드(34)의 애노드에 접속하는 중앙 분기(35) 내의 추가 IGBT(26)를 갖는다. 상기 서브모듈(23)은 도 10에 따른 2개의 직렬 접속된 하프-브리지 회로(21)와 동일한 전압들을 그의 서브모듈 접속 단자들(18, 19)에서 생성할 수 있으며, 그러나 접속 수단(33)은 양 방향에서의 단락 전류들에 대해 반대 전위가 형성될 수 있는 것을 보증한다. 따라서, 접속 단자들(28, 29)을 통해 양방향으로 흐르기를 원하는 단락 전류들이 표적 방식으로 감소되거나 심지어는 억압된다. 이러한 특성에 대한 더 많은 상세가 아래에 제공된다.
따라서, 도 2를 다시 참조하면, 서브모듈들(21, 22 또는 23)의 작동에 따라, 각각의 DC 전압 접속(2, 5, 3)과 각각의 AC 전압 접속(13) 간의 강하하는 전압은 단계적으로 변할 수 있다. 따라서, 각각의 부분 컨버터(8 또는 11)의 AC 전압 접속(13)에서 AC 전압이 생성될 수 있다.
도 3은 2개의 부분 컨버터(8, 11)로 구성된 컨버터 직렬 회로(16)를 갖는 본 발명에 따른 DC/DC 전압 컨버터(15)의 다른 실시예를 나타내며, 부분 컨버터들(8, 11) 각각은 이 경우에 2개의 컨버터 아암(9) 및 2개의 인덕턴스(10)로 구성되는 직렬 회로를 포함하는 2개의 위상 모듈(7)을 갖는다. 제2 부분 컨버터(11)는 제2 DC 전압 접속(4)의 DC 전압 단자들(5, 6) 사이에 배열되며, 컨버터 직렬 회로(16)는 제1 DC 전압 접속(1)의 단자들(2, 3) 사이에 배열된다. 이 경우, 제1 부분 컨버터(8)는 도 2에서와 같이 제1 DC 전압 접속(1)의 양의 DC 전압 단자(2)와 제2 DC 전압 접속(4)의 양의 DC 전압 단자(5) 사이에 연장한다. 컨버터 아암들(9)은 그들의 구조에서 도 2와 관련하여 이미 확인된 컨버터 아암들(9)에 대응한다. 위상 모듈들(7)의 수의 감소로 인해, 도 3에 따른 실시예의 경우에 단일 1차 권선(18) 및 단일 2차 권선(19)을 갖는 단상 변압기(14)만이 제공된다. 1차 권선(18)은 2개의 변압기 접속 단자를 가지며, 하나의 변압기 접속 단자는 제1 부분 컨버터(8)의 제1 위상 모듈(7)의 AC 전압 위상(12)에 접속되고, 나머지 변압기 접속 단자는 제1 부분 컨버터(8)의 제2 서브모듈(7)의 AC 전압 위상(12)에 접속된다. 2개의 변압기 접속 단자를 갖는 2차 권선(19)에 대해 대응하는 접속이 이루어지며, 여기서 변압기 접속 단자들 중 하나는 제2 부분 컨버터의 제1 위상 모듈(7)의 AC 전압 위상(12)에 접속되고, 나머지 변압기 접속 단자는 제2 부분 컨버터(11)의 제2 위상 모듈(7)의 AC 전압 위상(12)에 접속된다. 상기 2상 또는 단상 구성으로 인해, 도 3에 따른 DC/DC 전압 컨버터(15)는 도 2에 도시된 것에 비해 훨씬 더 비용 효과적이지만, 도 3에 따른 DC/DC 전압 컨버터(15)의 경우에는 최대 전력 흐름이 감소한다.
도 4는 부분 컨버터들(8, 11) 각각이 하나의 위상 모듈(7)만을 갖는다는 점에서 도 3에 도시된 DC/DC 전압 컨버터(15)와 다른 본 발명에 따른 DC/DC 전압 컨버터(15)의 다른 실시예를 나타낸다. 제2 위상 모듈 대신에, 각각의 부분 컨버터(8, 11)는 제2 DC 전압 접속(4)의 양의 DC 전압 단자(5)에 그리고 공통의 음의 DC 전압 단자(3, 6)를 갖는 2개의 DC 전압 접속에 접속되는 커패시터(36)를 가지며, 각각의 커패시터(36)의 나머지 극은 각각의 부분 컨버터(8 또는 11)의 AC 전압 위상(12)에 영구적으로 할당되는 커패시터 보조 위상(37)을 형성하여, 1차 권선(18)의 변압기 접속 단자가 제1 부분 컨버터(8)의 AC 전압 위상(12)에 접속되고, 1차 권선(18)의 나머지 변압기 접속 단자가 제1 부분 컨버터(8)의 커패시터 보조 위상에 접속되게 한다. 이는 상응하게 제2 부분 컨버터(11) 및 단상 변압기(14)의 2차 권선(19)에 적용된다. 도 4에 따른 DC/DC 전압 컨버터(15)의 비용은 도 3에 도시된 것에 비해 훨씬 더 감소할 수 있다.
도 5는 제1 부분 컨버터(8)만이 제2 DC 전압 접속(4)의 양의 DC 전압 단자(5)에 접속되는 커패시터(36)에 의해 커패시터 보조 위상(37)을 형성한다는 점에서 도 4에 도시된 실시예와 다른 본 발명에 따른 DC/DC 전압 컨버터(15)의 다른 실시예를 나타낸다. 대조적으로, 제2 부분 컨버터(11)는 도 3에 도시된 제2 부분 컨버터(11)와 같이 2차 권선의 변압기 접속 단자에 각각 접속되는 2개의 AC 전압 위상(12)을 갖는 2개의 위상 모듈(7)을 구비한다.
도 6은 본 발명에 따른 DC/DC 전압 컨버터(15)의 다른 실시예를 나타내며, 여기서 제2 부분 컨버터(11)는 도 5에 도시된 부분 컨버터(11)와 같이 2개의 AC 전압 위상(12)을 갖는 2개의 위상 모듈(7)을 구비한다. 그러나, 제1 부분 컨버터(8)는 커패시터 직렬 회로(38)를 형성하도록 서로 직렬로 접속되는 2개의 커패시터(36)를 갖는다. 따라서, 커패시터 직렬 회로(38)는 제1 DC 전압 접속(1)의 양의 DC 전압 단자(2)와 제2 DC 전압 접속(4)의 양의 DC 전압 단자(5) 사이에 연장한다. 따라서, 커패시터 직렬 회로(38)는 제1 부분 컨버터(8)의 인덕턴스들(10)을 포함하는 위상 모듈(7)과 병렬 접속된다. 커패시터 직렬 회로(38)의 커패시터들(36) 사이의 전위 포인트는 다시 도 4 및 5와 관련하여 전술한 바와 같이 변압기(14)의 1차 권선(18)의 변압기 접속 단자에 접속되는 커패시터 보조 위상(37)을 형성한다. 커패시터들(36)을 사용함으로써, 커패시터 보조 위상(37)의 전위가 더 안정적으로 조정될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 DC/DC 전압 컨버터의 다른 실시예를 도시하지만, 여기서 제2 부분 컨버터(11)는 도 6에서와 같은 제2 위상 모듈(7) 대신에 커패시터 직렬 회로(38)도 구비하며, 이 커패시터 직렬 회로는 인덕턴스(10)를 포함하는 위상 모듈(7)과 병렬 접속된다. 따라서, 제2 부분 컨버터(11)는 커패시터 보조 위상(37)도 형성하며, 그의 전위는 2개의 커패시터(36)로 구성되는 직렬 회로에 의해 결정된다.
도 8 및 9는 도 2에 따른 DC/DC 전압 컨버터의 작동 모드를 나타내며, 그의 제1 부분 컨버터(8)는 도 13에 따른 컨버터 아암들(9)을 갖는다. 이와 달리, 제2 부분 컨버터(11)의 컨버터 아암들(9)은 도 10에 따른 하프-브리지 회로 내의 서브모듈들(21)에 의해서만 실현된다. 따라서, 제1 부분 컨버터(8)는 그의 컨버터 아암들(9)이 도 11에 따른 풀-브리지 회로 내의 서브모듈들(22)뿐만 아니라 도 10에 따른 하프-브리지 회로 내의 서브모듈들(21)도 구비한다는 점에서 제2 부분 컨버터(11)와 다르다. 전술한 바와 같이, 풀-브리지 회로는 양방향으로 차단하는데, 즉 그의 접속 단자들(28, 29)을 통해 양방향으로 흐르는 전류들을 표적 방식으로 분리할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 제1 DC 전압 접속(1)은 명목 전압(UDC1)을 갖는 제1 DC 전압 그리드를 접속하기 위해 제공된다. 제2 DC 전압 접속(4)은 명목 전압(UDC2)을 갖는 제2 DC 전압 그리드를 접속하는 데 사용된다. 이 경우, 본 발명에 따르면, DC 전압 접속(1)은 고전압 측을 형성하는 반면, 제2 DC 전압 접속(4)은 저전압 측으로도 지칭될 수 있다. 도 8에 도시된 실시예에서는, 제2 DC 전압 그리드 내에, 즉 저전압 측에, 따라서 제2 DC 전압 접속(4)에 단락(39)이 존재하며, 결과적으로 제2 DC 전압 접속(4)에서 강하하는 전압(UDC2)은 0과 동일하다. DC/DC 전압 컨버터(5)는 고전압 측의 전압(UDC1), 즉 제1 DC 전압 접속(1)에서의 명목 전압이 제2 DC 전압 접속(4)에서의 DC 전압(UDC2)의 2배 이상인 경우에 저전압 측에서 단락을 격리할 수 있다. 이것은 아래의 이유 때문인데, 즉 제1 부분 컨버터(8)에서 강하하는 전압이 Uup인 경우, 상기 전압은 Uup = UDC1 - UDC2에 따른 접속된 그리드들의 명목 전압들의 차이로부터 발생한다.
변환 비율(
Figure pct00003
)이
Figure pct00004
로서 정의되는 경우, 아래와 같다.
결과적으로,
Figure pct00006
>2에 대해, 제1 부분 컨버터(8)의 각각의 컨버터 아암(9)은 전압UDC1)의 절반을 차단할 수 있다. 따라서, 직렬인 2개의 컨버터 아암(9)은 전체 전압UDC1)을 차단할 수 있다.
도 9는 DC 전압 접속(1)에 존재하는 고전압 측에서의, 즉 제1 DC 전압 그리드 내에서의 단락(39)을 나타낸다. 고전압 측의 효과적인 격리를 달성할 수 있기 위해서는, 제1 부분 컨버터(8) 내에 도 11 또는 12에 따른 충분한 수의 양방향 차단 서브모듈(22 또는 23)이 존재하여, 저전압 측의 전압을 완전히 조절할 수 있어야 한다. Um이 각각의 서브모듈(22 또는 23)이 차단할 수 있는 최대 전압인 경우, 제1 부분 전류 컨버터(8)의 컨버터 아암(9) 내의 양방향 차단 서브모듈들(22 또는 23)의 필요한 수(nVB)는 아래의 식에 의해 주어진다.
Figure pct00007
제1 부분 컨버터(8)의 컨버터 아암(9) 내의 하프-브리지 모듈들의 수에 대해서는 아래와 같다.
Figure pct00008
변환 비율(
Figure pct00009
)에 기초하여 지정되는 조건들이 충족되는 경우, DC/DC 전압 컨버터의 양측에서 단락 전류들이 신뢰성 있게 차단될 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 변형을 나타낸다. 도 14에 도시된 DC/DC 전압 컨버터(15)는 다시 컨버터 직렬 회로(16)를 형성하도록 직렬 접속되는 2개의 부분 컨버터(8, 11)를 구비한다. 각각의 부분 컨버터(8, 11)는 2개의 컨버터 아암(9) 및 컨버터 아암들(9) 사이에 배열되는 AC 전압 위상(12)을 갖는 AC 전압 접속(13)을 구비하는 단일 위상 모듈(7)을 구비한다. 자동 변압기(40)가 전력 교환 수단으로서 제공된다. 자동 변압기(40)는 하나의 탭(41)을 갖춘 단일 권선만을 갖는다. 자동 변압기(40)의 단부 측 변압기 접속 단자는 DC 전압 접속(4)의 양의 DC 전압 접속 단자(5)에 접속된다. 나머지 단부 측 변압기 접속 단자 및 탭(41)은 각각 커패시터(36)를 통해 제1 부분 컨버터 또는 제2 부분 컨버터(11)의 AC 전압 접속(13)에 접속된다. 2개의 커패시터(36)는 여기서 부분 컨버터들(8, 11)의 DC 전압 전위들을 격리하기 위한 수단으로서 사용된다.

Claims (16)

  1. 상이한 전압들을 갖는 HVDC 그리드들을 접속하기 위한 DC/DC 전압 컨버터(15)로서,
    상기 DC/DC 전압 컨버터는 컨버터 직렬 회로(16)를 형성하도록 서로 직렬 접속되는 제1 부분 컨버터(8) 및 제2 부분 컨버터(11)를 구비하고, 상기 컨버터 직렬 회로(16)는 DC 전압 접속(1)의 DC 전압 단자들(2, 3) 사이에 연장하고, 상기 제2 부분 컨버터(11)는 제2 DC 전압 접속(4)의 DC 전압 단자들(5, 6) 사이에 연장하되,
    상기 제1 부분 컨버터(8) 및 제2 부분 컨버터(11)는 전력 교환 수단(14)을 통해 서로 접속되고, 결과적으로 상기 전력 교환 수단(14)을 통한 상기 제1 부분 컨버터(8)와 상기 제2 부분 컨버터(11) 사이의 전력의 교환이 가능해지는 것을 특징으로 하는 DC/DC 전압 컨버터(15).
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 부분 컨버터(8, 11)는 AC 전압 접속(13)을 형성하고, 상기 제1 부분 컨버터(8)의 상기 AC 전압 접속(13)은 상기 전력 교환 수단(14)을 통해 상기 제2 부분 컨버터(11)의 상기 AC 전압 접속(13)에 접속되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 전압 컨버터(15).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전력 교환 수단은 변압기(14)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 전압 컨버터(15).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 변압기(14)는 상기 제1 부분 컨버터(8)의 상기 AC 전압 접속(13)에 접속되는 1차 권선(18) 및 상기 제2 부분 컨버터(11)의 상기 AC 전압 접속(13)에 접속되는 2차 권선(19)을 구비하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 전압 컨버터(15).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 부분 컨버터(8, 11)는 2개의 직렬 접속된 컨버터(9)를 형성하는 적어도 하나의 위상 모듈(7)을 구비하고, 각각의 위상 모듈(7)의 상기 컨버터 아암들(9) 사이의 전위 포인트는 AC 전압 접속(13)의 AC 전압 위상(12)을 형성하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 전압 컨버터(15).
  6. 제5항에 있어서,
    각각의 부분 컨버터(8, 11)는 3개의 위상 모듈(7)을 형성하고, 상기 위상 모듈의 상기 AC 전압 접속들(12)은 3상 변압기(14)를 통해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 전압 컨버터(15).
  7. 제5항에 있어서,
    적어도 하나의 부분 컨버터(8, 11)가 2개의 위상 모듈(7)을 형성하고, 상기 위상 모듈의 상기 AC 전압 접속(13)은 단상 변압기(4)를 통해 나머지 부분 컨버터(8, 11)의 상기 AC 전압 접속(13)에 결합되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 전압 컨버터(15).
  8. 제5항 또는 제7항에 있어서,
    각각의 부분 컨버터 또는 상기 부분 컨버터들(8, 11) 중 적어도 하나는 하나의 위상 모듈(7)만을 구비하고, 상기 위상 모듈의 상기 AC 전압 위상(12)은 커패시터(36)를 통해 상기 제1 또는 제2 DC 전압 접속(1, 4)의 DC 전압 단자(2, 3, 5, 6)에 접속되는 커패시터 보조 위상(37)에 할당되고, 상기 AC 전압 위상(12) 및 상기 AC 전압 위상에 할당된 상기 커패시터 보조 위상(37)은 단상 변압기(14)의 권선(18, 19)을 통해 서로 접속되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 전압 컨버터(15).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 부분 컨버터(8, 11)는 스위치 온 및 오프될 수 있는 전력 반도체 스위치(26)를 갖는 자제 전환 컨버터(self-commutated converter)인 것을 특징으로 하는 DC/DC 전압 컨버터(15).
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 부분 컨버터(8) 및/또는 상기 제2 부분 컨버터(11)는 각각, 2극 서브모듈들로 구성되는 직렬 회로를 갖는 컨버터 아암들(9)을 구비하는 모듈형 다중 레벨 컨버터들이고, 각각의 서브모듈(21, 22, 23)은 적어도 하나의 에너지 저장소(24) 및 전력 반도체 스위치들(26)을 구비하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 전압 컨버터(15).
  11. 제10항에 있어서,
    각각의 서브모듈은 풀-브리지 회로, 이중 모듈 회로 및/또는 하프-브리지 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 전압 컨버터(15).
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    양방향 차단 서브모듈들(22, 23)뿐만 아니라, 하프-브리지 회로들을 갖는 서브모듈들도 상기 제1 부분 컨버터(8)의 각각의 컨버터 아암(9) 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 전압 컨버터(15).
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제2 부분 컨버터(11)는 하프-브리지 회로들(21)을 갖는 서브모듈들만을 구비하고, 상기 제1 DC 전압 접속(1)과 상기 제2 DC 전압 접속(4) 사이의 변환 비율(
    Figure pct00010
    )은 2 이상인 것으로 특징으로 하는 DC/DC 전압 컨버터(15).
  14. 제11항에 있어서,
    양방향 차단 서브모듈들의 수는 아래 식에 의해 주어지고,
    Figure pct00011

    여기서, UDC2는 제2 DC 전압 그리드의 명목 전압이고, Um은 상기 양방향 차단 서브모듈(22, 23)의 상기 에너지 저장소 양단에서 강하하는 전압인 것을 특징으로 하는 DC/DC 전압 컨버터(15).
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 부분 컨버터(8)의 각각의 컨버터 아암(9)에서 하프-브리지 회로들(21)을 갖는 서브모듈들의 수(nHB)는 아래의 식에 따라 주어지고,
    Figure pct00012

    여기서, UDC1은 상기 제1 DC 전압 접속(1)에 존재하는 상기 DC 전압 그리드의 상기 명목 전압이고,
    Figure pct00013
    는 상기 DC/DC 전압 컨버터(15)의 변환 비율인 것을 특징으로 하는 DC/DC 전압 컨버터(15).
  16. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 교환 수단은 DC 전압 전위들(36)을 격리하기 위한 수단을 통해 상기 부분 컨버터들(8, 11)에 접속되는 자동 변압기(40)를 구비하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 전압 컨버터(15).
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