RU2661638C2

RU2661638C2 - Многоуровневый преобразователь

Info

Publication number: RU2661638C2
Application number: RU2016108972A
Authority: RU
Inventors: Ханс-Гюнтер ЭККЕЛЬ
Original assignee: Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date: 2013-08-15
Filing date: 2013-08-15
Publication date: 2018-07-18
Also published as: US20160190846A1; CN105453405B; RU2016108972A; US10033211B2; EP3011673A1; WO2015022030A1; KR20160030300A; CN105453405A; KR101820611B1; EP3011673B1

Abstract

Изобретение относится к многоуровневому преобразователю (10) с множеством последовательно соединенных суб-модулей (31, 32), которые соответственно имеют первый переключатель (S11, S21), второй переключатель (S12, S22) и конденсатор (C1, C2) и в фазе разряда посредством конденсатора выдают вовне ток, а в фазе заряда принимают ток для заряда конденсатора, и центральным устройством (20) для управления работой многоуровневого преобразователя (10). В соответствии с изобретением предусмотрено, что по меньшей мере два из суб-модулей (31, 32) соединены последовательно с образованием мульти-модуля (30), причем в фазах заряда и фазах разряда мульти-модуля (30) соответствующий один из переключателей каждого суб-модуля (31, 32) выключен, а соответствующий другой переключатель каждого суб-модуля (31, 32) включен, и мульти-модуль (30) имеет соединенное с центральным устройством (20) управляющее устройство (33), которое выполняет управление суб-модулями (31, 32) мульти-модуля (30) в соответствии с управляющими сигналами (Т1, Т2) центрального устройства (20), причем управляющее устройство (33) выполнено таким образом, что оно контролирует конденсаторные напряжения суб-модулей (31, 32) и в случае асимметрии конденсаторных напряжений вызывает симметрирование таким образом, что оно в суб-модулях (31) со слишком низким - по сравнению с конденсаторным напряжением остальных суб-модулей (32) мульти-модуля (30) – конденсаторным напряжением предусматривает соответственно по меньшей мере одну фазу блокировки (Tv), на которой первый и второй переключатели (S11, S21) одновременно выключены. 2 н.и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Изобретение относится к многоуровневому преобразователю с признаками в соответствии с родовым понятием пункта 1 формулы изобретения.

Подобный многоуровневый преобразователь описан в докладе “Modular Stromrichterkonzept für Netzkupplungsanwendungen bei hohen Spannungen” (Rainer Marquardt, Anton Lesnicar und Jürgen Hildinger, Institut für elektrische Antriebstechnik, Leistungselektronik und Steuerungen der Universität der Bundeswehr München, ETG Fachtagung Bauelemente der Leistungselektronik und ihre Anwendungen, 2002, Bad Nauheim). Известный многоуровневый преобразователь оснащен множеством последовательно соединенных суб-модулей, которые, соответственно, имеют первый переключатель, второй переключатель и конденсатор и в фазе разряда посредством конденсатора выдают вовне ток, а в фазе заряда принимают ток для заряда конденсатора. Центральное устройство используется для управления работой многоуровневого преобразователя.

В основе изобретения лежит задача создать многоуровневый преобразователь, который имеет особенно простую конструкцию, но несмотря на это обеспечивает точное управление.

Эта задача в соответствии с изобретением решается многоуровневым преобразователем с признаками согласно пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления соответствующего изобретению многоуровневого преобразователя приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно этому в соответствии с изобретением предусматривается, что по меньшей мере два из суб-модулей соединены последовательно с образованием мульти-модуля, причем в фазах заряда и фазах разряда мульти-модуля соответствующий один из переключателей каждого суб-модуля выключен, а соответствующий другой переключатель каждого суб-модуля включен, и мульти-модуль имеет соединенное с центральным устройством управляющее устройство, которое выполняет управление суб-модулями мульти-модуля в соответствии с управляющими сигналами центрального устройства, причем управляющее устройство выполнено таким образом, что оно контролирует конденсаторные напряжения суб-модулей и в случае асимметрии конденсаторных напряжений вызывает симметрирование таким образом, что оно в суб-модулях со слишком низким - по сравнению с конденсаторным напряжением остальных суб-модулей мульти-модуля – конденсаторным напряжением предусматривает, соответственно, по меньшей мере одну фазу блокировки, на которой первый и второй переключатели одновременно выключены.

Существенное преимущество соответствующего изобретению многоуровневого преобразователя следует усматривать в том, что управление суб-модулями не должно осуществляться индивидуально для всех суб-модулей самим центральным устройством, а вместо этого может осуществляться посредством промежуточно включенных управляющих устройств в соответствующих мульти-модулях. На основе назначения суб-модулей мульти-модулям, центральное устройство становится менее загруженным задачами управления. Кроме того, число управляющих линий может быть снижено, потому что не каждый суб-модуль должен непосредственно соединяться с центральным устройством. Структура соответствующего изобретению многоуровневого преобразователя, тем самым, становится более простой, чем структура ранее известных многоуровневых преобразователей; соответственно, снижаются затраты на изготовление.

Другое существенное преимущество соответствующего изобретению многоуровневого преобразователя следует усматривать в том, что в нем в очень простой форме может осуществляться симметрирование конденсаторных напряжений суб-модулей, скомпонованных в мульти-модулях, потому что симметрирование в соответствующих изобретению фазах блокировки осуществляется автоматически независимо от направления тока модульного тока, протекающего через мульти-модуль или его суб-модули; так как в суб-модулях, которые находятся в фазе блокировки, может осуществляться только заряд конденсаторов, но не разряд. Для симметрирования не требуется, чтобы направление тока модульного тока было известным или измерялось; напротив, достаточно только предусмотреть соответствующие изобретению фазы блокировки в суб-модулях со слишком низким конденсаторным напряжением. Другими словами, симметрирование осуществляется тем, что в суб-модулях с достаточным напряжением промежуточного контура допускается разряд конденсатора, а в суб-модулях со слишком низким напряжением промежуточного контура разряд конденсатора блокируется в фазах блокировки.

Предпочтительным считается, если управляющее устройство для каждого суб-модуля определяет отклонение конденсаторного напряжения от среднего значения конденсаторных напряжений суб- модулей мульти-модуля, и в случае, если отклонение превышает заданное пороговое значение, предусматривает для соответствующего суб-модуля по меньшей мере одну фазу блокировки.

Предпочтительно, управляющее устройство устанавливает временной интервал фазы блокировки индивидуально для суб-модулей в зависимости от асимметрии конденсаторных напряжений.

Особенно предпочтительным является, если управляющее устройство для каждого суб-модуля определяет отклонение конденсаторного напряжения от среднего значения конденсаторных напряжений суб-модулей мульти-модуля, и устанавливает временной интервал фазы блокировки индивидуально для суб-модулей в зависимости от соответствующего отклонения конденсаторного напряжения от среднего значения, причем соответствующий временной интервал фаз блокировки тем больше, чем больше соответствующее отклонение конденсаторного напряжения от среднего значения.

Особенно предпочтительно, если управляющее устройство выполнено таким образом, что оно, соответственно, инициирует фазу блокировки в том случае, когда оно принимает сигнал управления для переключения первого и второго переключателя суб-модулей от центрального устройства.

Предпочтительным образом, первый переключатель каждого суб-модуля соединен последовательно с конденсатором, а второй переключатель расположен предпочтительно электрически параллельно к последовательной цепи из конденсатора и первого переключателя.

Что касается временного размещения фаз блокировки, считается предпочтительным, если управляющее устройство выполнено таким образом, что оно вводит фазы блокировки, соответственно, когда второй переключатель выключен или должен быть выключен в соответствии с управляющим сигналом от центрального устройства, и ввод фаз блокировки выполняется за счет времени включения первого переключателя.

Особенно предпочтительно, если сокращение времени включения первого переключателя осуществляется симметрично к времени выключения второго переключателя, так что центральная ось импульсов выходного напряжения остается неизменной. Такое симметрирование может быть достигнуто предпочтительным образом, когда интервал фазы блокировки перед включением первого переключателя равен временному интервалу фазы блокировки после повторного выключения первого переключателя и соответствующего включения второго переключателя.

Предпочтительно, параллельно первому переключателю включен первый диод, и параллельно второму переключателю включен второй диод. Предпочтительно, параллельно конденсатору включена последовательная цепь, которая включает в себя первый и второй диод.

Что касается диодов, считается предпочтительным, если анодный вывод первого диода соединен с катодным выводом второго диода, и катодный вывод первого диода соединен с конденсаторным выводом конденсатора, и анодный вывод второго диода соединен с другим конденсаторным выводом конденсатора.

Кроме того, изобретение относится к способу эксплуатации многоуровневого преобразователя с множеством последовательно соединенных суб-модулей, которые, соответственно, имеют первый переключатель, второй переключатель и конденсатор и в фазах разряда посредством конденсатора выдают ток вовне, и в фазах заряда принимают ток для заряда конденсатора.

В соответствии с изобретением, в отношении такого способа предусмотрено, что по меньшей мере два из суб-модулей соединены последовательно с образованием мульти-модуля, причем в фазах заряда и фазах разряда мульти-модуля соответствующий один из переключателей каждого суб-модуля выключен, и соответствующий другой переключатель каждого суб-модуля включен, и конденсаторные напряжения суб-модулей контролируются, и в случае асимметрии конденсаторных напряжений инициируется симметрирование за счет того, что в суб-модулях со слишком низким - по сравнению с конденсаторным напряжением остальных суб-модулей мульти-модуля – конденсаторным напряжением предусматривается, соответственно, по меньшей мере одна фаза блокировки, на которой первый и второй переключатели одновременно выключаются.

Что касается преимуществ соответствующего изобретению способа, то можно сослаться на приведенные выше утверждения в связи с соответствующим изобретению многоуровневым преобразователем, поскольку приведенные выше утверждения соответственно справедливы для соответствующего изобретению способа.

Предпочтительно, сокращение времени включения первого переключателя осуществляется симметрично временному положению времени выключения второго переключателя.

В отношении симметричного или центрированного временного положения времени включения первого переключателя по отношению к времени выключения второго переключателя соответствующего суб-модуля, считается предпочтительным, если в суб-модулях со слишком низким - по сравнению с конденсаторным напряжением остальных суб-модулей мульти-модуля – конденсаторным напряжением предусматриваются, соответственно, две фазы блокировки, на которых первый и второй переключатели одновременно выключены, причем обе фазы блокировки имеют одинаковую длину, и одна из фаз блокировки лежит во временном интервале после выключения второго переключателя и перед включением первого переключателя, и другая фаза блокировки лежит во временном интервале после последующего во времени (повторного) выключения первого переключателя и перед последующим во времени (повторным) включением второго переключателя.

Далее изобретение поясняется более подробно на примерах выполнения; при этом на чертежах в качестве примера показано следующее:

Фиг. 1 – пример выполнения соответствующего изобретению многоуровневого преобразователя;

Фиг. 2 – пример выполнения мульти-модуля, включающего в себя два суб-модуля, для многоуровневого преобразователя согласно фиг. 1, более подробно,

Фиг. 3 – примерный способ эксплуатации мульти-модуля согласно фиг. 2 для случая, когда конденсаторные напряжения конденсаторов суб-модулей одинаковы или по меньшей мере примерно одинаковы,

Фиг. 4 – примерный способ эксплуатации мульти-модуля согласно фиг. 2 для случая асимметрии конденсаторных напряжений и выравнивания конденсаторных напряжений за счет обеспечения фаз блокировки,

Фиг. 5 - пример протекания тока через “блокированный” суб-модуль мульти-модуля согласно фиг. 2 в течение времени блокировки для случая положительного модульного тока, посредством которого заряжается промежуточный контур суб-модуля,

Фиг. 6 – протекание тока через “блокированный” суб-модуль в течение времени блокировки в случае отрицательного модульного тока,

Фиг. 7 - для сравнения, протекание тока через “разблокированный” суб-модуль в течение нормального времени включения первого переключателя переключающего модуля для случая положительного модульного тока, и

Фиг. 8 - для сравнения, протекание тока через “разблокированный” суб-модуль в течение нормального времени включения первого переключателя для случая отрицательного модульного тока.

На чертежах для ясности одинаковые или сопоставимые компоненты обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

На фиг. 1 показан пример выполнения трехфазного многоуровневого преобразователя 10. Он включает в себя выводы W10 переменного напряжения для ввода или вывода или отбора переменного тока. Кроме того, многоуровневый преобразователь 10 снабжен двумя выводами G10a и G10b напряжения, на которых постоянный ток или изменяющийся во времени ток, в частности, переменный ток, может вводиться или отбираться; выводы G10a и G10b напряжения далее для примера называются “выводами постоянного напряжения”, хотя - как уже упоминалось – на них не обязательно должен вводиться или выводиться только постоянный ток.

Многоуровневый преобразователь 10 имеет три параллельно включенные последовательные цепи R1, R2 и R3, внешние выводы R11, R21 и R31 которых соединены с выводом G10a постоянного напряжения. Внешние выводы R12, R22 и R32 соединены с выводом G10b постоянного напряжения стороны G10 постоянного напряжения. Другими словами, внешние выводы трех последовательных цепей R1, R2 и R3 образуют сторону постоянного напряжения многоуровневого преобразователя 10.

Каждая из трех последовательных цепей R1, R2 и R3, соответственно, оснащена множеством последовательно соединенных суб-модулей Т, а также двумя индуктивностями D. Между каждой парой индуктивностей D находится промежуточный вывод Z, который согласно потенциалу расположен между верхними на фиг. 1 суб-модулями и нижними на фиг. 1 суб-модулями и образует один из трех выводов W10 переменного напряжения многоуровневого преобразователя 10.

На фиг. 1 можно, кроме того, видеть примерную структуру суб-модуля Т. В примере выполнения согласно фиг. 1 каждый из суб-модулей Т имеет, соответственно, первый переключатель (например, в форме транзистора) S1, второй переключатель (например, в форме транзистора) S2 и конденсатор С.

Управление суб-модулями T осуществляется в многоуровневом преобразователе 10 согласно фиг. 1 с помощью центрального устройства 20. Чтобы избежать того, что центральное устройство 20 должно быть индивидуально соединено с каждым из суб-модулей T, чтобы иметь возможность осуществлять управление, в соответствии с примером выполнения по фиг. 1 отдельные или все суб-модули Т объединены в мульти-модули.

Пример выполнения для такого мульти-модуля обозначен на фиг.1 ссылочной позицией 30. Мульти-модуль 30 включает в себя два суб-модуля 31 и 32, которые управляются индивидуальным для мульти-модуля управляющим устройством 33.

Управление мульти-модулем 30 посредством центрального устройства 20 осуществляется посредством индивидуальных для мульти-модуля управляющих сигналов T1 и T2, из которых управляющий сигнал T1 служит для управления соответствующим первым переключателем обоих суб-модулей 31 и 32, и управляющий сигнал Т2 - для управления соответствующим вторым переключателем обоих суб-модулей 31 и 32.

Управление мульти-модулем 30 с помощью центрального устройства 20 предпочтительно осуществляется на основе напряжения промежуточного контура мульти-модуля, то есть суммы напряжений, которая формируется напряжениями промежуточных контуров отдельных суб-модулей 31 и 32 мульти-модуля 30. Другими словами, центральное устройство 20 для управления требует предпочтительным образом не отдельные или индивидуальные конденсаторные напряжения или индивидуальные напряжения промежуточных контуров отдельных суб-модулей 31 и 32, а на каждый мульти-модуль только единственное значение напряжения, за счет чего нагрузка на центральное устройство 20 снижается.

Функция управляющего устройства 33 состоит в том, чтобы обрабатывать управляющие сигналы T1 и Т2 центрального устройства 20 и с помощью управляющих сигналов T1 и Т2 формировать индивидуальные для суб-модулей управляющие сигналы Т11, T12, T21 и T22 для управления переключателями обоих суб-модулей 31 и 32.

Другая функция управляющего устройства 33 состоит в том, чтобы формировать сумму конденсаторных напряжений конденсаторов суб-модулей 31 и 32, то есть сумму отдельных напряжений промежуточных контуров, и эту сумму, а не индивидуальные конденсаторные напряжения или индивидуальные напряжения промежуточных контуров отдельных суб-модулей, пересылать в центральное устройство 20. Как уже упоминалось, управление мульти-модулем 30 посредством центрального устройства 20 осуществляется на основе напряжения промежуточного контура мульти-модуля.

Фиг. 2 показывает структуру мульти-модуля 30 по фиг. 1 в качестве примера более подробно.

Суб-модуль 31 мульти-модуля 30 включает в себя первый переключатель S11, который включен последовательно с конденсатором C1. Последовательная цепь из первого переключателя S11 и конденсатора C1 подключена к модульным выводам 31а и 31b суб-модуля 31. Параллельно последовательной цепи из первого переключателя S11 и конденсатора C1 расположен второй переключатель S12, который непосредственно соединен с обоими модульными выводами 31а и 31b.

Структура суб-модуля 32 соответствует структуре суб-модуля 31. Первый переключатель S21 включен последовательно с конденсатором C2, причем последовательная цепь включена параллельно второму переключателю S22. Выводы второго переключателя S22 или выводы последовательной цепи, образованной из первого переключателя S21 и конденсатора С2, образуют модульные выводы 32а и 32b суб-модуля 32.

Для управления переключателями обоих суб-модулей 31 и 32 управляющие сигналы Т11, T12, T21 и T22 для четырех переключателей S11, S12, S21 и S22 через управляющие линии 34а, 34b, 34c и 34d.

Работа управляющего устройства 33 в зависимости от индивидуальных для модуля управляющих сигналов T1 и T2 центрального устройства 20 будет пояснена ниже более подробно со ссылкой на фиг. 3 и 4.

Фиг. 3 показывает работу управляющего устройства 33 в случае, когда конденсаторные напряжения Ud1 и Ud2 обоих конденсаторов C1 и С2 обоих суб-модулей 31 и 32 являются идентичными или почти идентичными. В таком случае индивидуальные для мульти-модуля управляющие сигналы T1 и Т2 по истечении заранее заданного времени задержки ΔΤ1 соответственно преобразуются. Можно видеть, что - в соответствии с командой переключения центрального устройства 20, поступившей к моменту времени t0– оба первых переключателя S11 и S21 обоих суб-модулей 31 и 32 (см. фиг. 2) включаются по истечении времени задержки ΔΤ1. Соответствующим образом осуществляется преобразование поступающей в форме управляющего сигнала Т2 к моменту времени t0 команды выключения для обоих вторых переключателей S12 и S22 обоих суб-модулей 31 и 32 (см. фиг. 2) по истечении времени задержки ΔΤ1.

Аналогичным образом осуществляется переключение четырех переключателей мульти-модуля 30, как только от центрального устройства 20 на мульти-модуль 30 будет передана команда переключения для переключения этих четырех переключателей посредством смены фронтов индивидуальных для мульти-модулей управляющих сигналов Т1 и Т2 в момент времени t1.

Фиг. 4 показывает работу управляющего устройства 33 мульти-модуля 30 в том случае, когда конденсаторные напряжения Ud1 и Ud2 обоих конденсаторов C1 и С2 различны по величине или асимметричны. В примере выполнения согласно фиг. 4, предполагается, в качестве примера, что конденсаторное напряжение Ud1 меньше, чем конденсаторное напряжение Ud2, и что должно осуществляться выравнивание обоих конденсаторных напряжений Ud1 и Ud2.

Если в момент времени t0 происходит смена фронтов индивидуальных для мульти-модулей управляющих сигналов Т1 и Т2 таким образом, что оба первых переключателя S11 и S21 обоих мульти-модулей 31 и 32 включаются, а оба вторых переключателя S12 и S22 обоих суб-модулей 31 и 32 выключаются, то осуществляется преобразование этой команды переключения в суб-модуле 31, в котором конденсаторное напряжение Ud1 слишком мало или меньше, чем конденсаторное напряжение Ud2, с задержкой по времени относительно первого переключателя S11. Таким образом, на фиг. 4 можно видеть, что в суб-модуле 31 переключение выполняется только относительно второго переключателя S12 в течение времени задержки ΔΤ1. Команда включения для включения первого выключателя S11 осуществляется, однако, с задержкой, а именно только по истечении фазы блокировки Тv. Длительность фазы блокировки Тv предпочтительно тем больше, чем больше отклонение конденсаторных напряжений Ud1 и Ud2 друг от друга. Предпочтительно справедливо:

Tv=k*(Ud1-Ud2),

где k обозначает коэффициент пропорциональности.

В фазе блокировки Tv в суб-модуле 31 оба переключателя S11 и S12 выключены.

Что касается суб-модуля 32, управляющее устройство 33 не изменяет переключение обоих переключателей S21 и S22; это означает, что по истечении времени задержки ΔΤ1 осуществляется желательное переключения обоих переключателей, как это задается индивидуальными для мульти-модуля управляющими сигналами T1 и Т2 к моменту времени t0.

Если в момент времени t1 поступает дальнейшая команда переключения в форме смены фронтов управляющих сигналов T1 и T2 в управляющее устройство 33, то первый переключатель S11 суб-модуля 31 предпочтительно переключается перед вторым переключателем S12, а именно, раньше на временной интервал, который соответствует временной длительности фазы блокировки Тv в предыдущем переключении. Для достижения такого симметрирования сигнального профиля управляющего сигнала Т11 по отношению к управляющему сигналу T12, переключение первого переключателя S11 предпочтительно осуществляется спустя временной интервал Ta после ввода смены фронтов управляющих сигналов T1 и Т2 в момент времени t1, причем справедливо:

Та=ΔΤ1-Tv

Другие три переключателя, то есть второй переключатель S12 суб-модуля 31, а также оба переключателя S21 и S22 из суб-модуля 32 согласно фиг. 2 переключаются в соответствии с заданием индивидуальных для модуля управляющих сигналов T1 и Т2 по истечении времени задержки ΔΤ1, как это имеет место и в случае симметричного распределения конденсаторных напряжений и было пояснено в связи с фиг. 3.

Функция фаз блокировки Tv поясняется ниже более подробно со ссылкой на суб-модуль 31:

Фиг. 5 показывает способ эксплуатации суб-модуля 31 в случае слишком малого конденсаторного напряжения Ud1 или во время предусмотренных по этой причине фаз блокировки (см. фиг. 4). Фиг. 5 представляет при этом протекание тока iL посредством жирных линий во время фаз блокировки Tv для случая положительного тока iL (iL>0). Видно, что конденсатор C1 заряжается, и его конденсаторное напряжение Ud1 увеличивается.

Фиг. 6 показывает способ эксплуатации суб-модуля 31 в течение фаз блокировки Tv (см. фиг. 4) в случае отрицательного тока iL (iL<0). В случае отрицательного тока iL конденсаторное напряжение Ud1 конденсатора C1 остается неизменным, потому что ток iL протекает мимо конденсатора C1.

Фиг. 7 показывает для сравнения способ эксплуатации суб-модуля 31 для случая положительного тока iL (iL>0) в течение “нормального” времени включения первого переключателя S11 суб-модуля 31. Можно видеть, что конденсатор C1 суб-модуля 31 в этом временном интервале заряжается.

Фиг. 8 показывает для сравнения способ эксплуатации суб-модуля 31 для случая отрицательного тока iL (iL<0) в течение “нормального” времени включения первого переключателя S11. Можно видеть, что конденсатор C1 суб-модуля 31 разряжается.

В итоге, конденсатор С заряжается или разряжается в зависимости от направления тока модульного тока iL в течение “нормального” времени включения первого переключателя S11 суб-модуля 31. В фазе блокировки Tv, однако, может происходить только заряд конденсатора C1, а именно, во время положительного тока iL, а разряд конденсатора C1, напротив, блокируется. Благодаря этой блокировке, напряжение промежуточного контура суб-модуля 31 или конденсаторное напряжение Ud1 конденсатора C1 в течение фаз блокировки Tv (см. фиг. 4) повышается по отношению к напряжению промежуточного контура суб-модуля 32 или конденсаторному напряжению Ud2 конденсатора С2, и происходит выравнивание конденсаторных напряжений Ud1 и Ud2.

Многоуровневый преобразователь 10 согласно фиг. 1 или мульти-модуль 30 согласно фиг. 2, таким образом, в итоге предпочтительно работает следующим образом:

- Симметрирование частичных напряжений промежуточных контуров отдельных суб-модулей 30 и 31 предпочтительно осуществляется посредством переменной фазы блокировки Tv между переключателями соответствующих суб-модулей. Во время фаз блокировки Tv, соответственно, оба переключателя каждого блокированного суб-модуля выключены.

- Во время фаз блокировки, соответственно, в зависимости от направления тока, протекающего через суб-модуль, либо конденсатор суб-модуля заряжается (в случае положительного тока iL>0), либо напряжение промежуточного контура остается неизменным.

- Предпочтительно фазы блокировки предусмотрены, соответственно, перед и после соответствующего времени включения первого переключателя блокируемого суб-модуля, а именно, симметрично таким образом, что время включения первого переключателя суб-модуля является симметричным во времени к времени выключения второго переключателя. В случае такого симметрирования может быть достигнуто то, что центральная ось импульсов выходного напряжения остается неизменной.

Работа мульти-модулей была описана со ссылками на фиг. 2-8 в качестве примера для случая, когда мульти-модуль содержит два суб-модуля. Соответствующим образом может выполняться управление суб-модулями, когда мульти-модуль имеет более двух суб-модулей. В таком случае, считается предпочтительным, если для каждого суб-модуля, который имеет меньшее промежуточное напряжение, чем среднее значение напряжений промежуточных контуров суб-модулей этого мульти-модуля, предусмотрены фазы блокировки, на которых требуемое со стороны центрального устройства время включения первого переключателя соответствующего суб-модуля сокращается, и оба переключателя суб-модуля выключаются. При отрицательном модульном токе iL<0 во время фазы блокировки, тем самым состояние “разряд промежуточного контура”, которое возникало бы в течение “нормального” времени включения первого переключателя, заменяется на состояние “напряжение промежуточного контура неизменно”. За счет фаз блокировки, таким образом, может быть достигнуто то, что напряжения промежуточного контура блокированных суб-модулей, по отношению к напряжению промежуточного контура других, неблокированных суб-модулей, увеличиваются в течение периода основной частоты.

Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано с помощью предпочтительных примеров выполнения, изобретение не ограничено раскрытыми примерами, и другие варианты могут быть получены на этой основе специалистом без отклонения от объема защиты изобретения.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

10 многоуровневый преобразователь

20 центральное устройство

30 мульти-модуль

31 суб-модуль

31а модульный вывод

31b модульный вывод

32 суб-модуль

32а модульный вывод

32b модульный вывод

33 управляющее устройство

34а управляющая линия

34b управляющая линия

34c управляющая линия

34d управляющая линия

С конденсатор

C1 конденсатор

С2 конденсатор

D индуктивность

G10 сторона постоянного тока

G10a вывод напряжения

G10b вывод напряжения

iL ток

R1 последовательная цепь

R11 внешний вывод последовательной цепи R1

R12 внешний вывод последовательной цепи R1

R2 последовательная цепь

R21 внешний вывод последовательной цепи R12

R22 внешний вывод последовательной цепи R2

R3 последовательная цепь

R31 внешний вывод последовательной цепи R3

R32 внешний вывод последовательной цепи R3

S1 переключатель

S11 переключатель

S12 переключатель

S2 переключатель

S21 переключатель

S22 переключатель

t0 момент времени

t1 момент времени

Т суб-модуль

T1 управляющий сигнал

T11 управляющий сигнал

T12 управляющий сигнал

T2 управляющий сигнал

T21 управляющий сигнал

T22 управляющий сигнал

Та временной интервал

Tv фаза блокировки

Ud1 конденсаторное напряжение

Ud2 конденсаторное напряжение

W10 вывод переменного напряжения

Z промежуточный вывод

ΔT1 время задержки

Claims

1. Многоуровневый преобразователь (10) с множеством последовательно соединенных суб-модулей (31, 32), которые соответственно имеют первый переключатель (S11, S21), второй переключатель (S12, S22) и конденсатор (C1, C2) и в фазах разряда посредством конденсатора отдают ток вовне, а в фазах заряда принимают ток для заряда конденсатора, и центральным устройством (20) для управления работой многоуровневого преобразователя (10), отличающийся тем, что

- по меньшей мере два из суб-модулей (31, 32) соединены последовательно с образованием мульти-модуля (30), причем в фазах заряда и фазах разряда мульти-модуля (30) соответствующий один из переключателей каждого суб-модуля (31, 32) выключен, а соответствующий другой переключатель каждого суб-модуля (31, 32) включен, и

- мульти-модуль (30) имеет соединенное с центральным устройством (20) управляющее устройство (33), которое выполняет управление суб-модулями (31, 32) мульти-модуля (30) в соответствии с управляющими сигналами (Т1, Т2) центрального устройства (20),

- причем управляющее устройство (33) выполнено таким образом, что оно контролирует конденсаторные напряжения суб-модулей (31, 32) и в случае асимметрии конденсаторных напряжений вызывает симметрирование таким образом, что оно в суб-модулях (31) со слишком низким - по сравнению с конденсаторным напряжением остальных суб-модулей (32) мульти-модуля (30) – конденсаторным напряжением предусматривает соответственно по меньшей мере одну фазу (Tv) блокировки, в которой первый и второй переключатели (S11, S21) одновременно выключены.

2. Многоуровневый преобразователь (10) по п. 1, отличающийся тем, что управляющее устройство (33) устанавливает временной интервал фазы (Tv) блокировки индивидуально для суб-модулей в зависимости от асимметрии конденсаторных напряжений.

3. Многоуровневый преобразователь (10) по п. 2, отличающийся тем, что управляющее устройство (33) для каждого суб-модуля (31, 32) определяет отклонение конденсаторного напряжения от среднего значения конденсаторных напряжений суб-модулей (31, 32) мульти-модуля (30), и в случае, когда отклонение превышает заданное пороговое значение, предусматривает для соответствующего суб-модуля (30) соответственно по меньшей мере одну фазу (Tv) блокировки.

4. Многоуровневый преобразователь (10) по п.3, отличающийся тем, что управляющее устройство (33) для каждого суб-модуля (31, 32) определяет отклонение конденсаторного напряжения от среднего значения конденсаторных напряжений суб-модулей (31, 32) и устанавливает временной интервал фаз (Tv) блокировки индивидуально для суб-модулей в зависимости от соответствующего отклонения конденсаторного напряжения от среднего значения, причем соответствующий временной интервал фаз (Tv) блокировки тем больше, чем больше соответствующее отклонение конденсаторного напряжения от среднего значения.

5. Многоуровневый преобразователь (10) по любому из пп. 1- 4, отличающийся тем, что управляющее устройство (33) выполнено таким образом, что оно соответственно запускает фазы (Tv) блокировки в том случае, когда оно получает от центрального устройства (20) управляющий сигнал для переключения первого и второго переключателей суб-модулей (31, 32).

6. Многоуровневый преобразователь (10) по любому из пп. 1- 4, отличающийся тем, что первый переключатель (S11, S21) каждого суб-модуля (31, 32) соединен последовательно с конденсатором (С1, С2), а второй переключатель (S12, S22) расположен электрически параллельно к последовательной цепи из конденсатора (С1, С2) и первого переключателя (S11, S21).

7. Многоуровневый преобразователь (10) по любому из пп. 1- 4, отличающийся тем, что управляющее устройство (33) выполнено таким образом, что оно вводит фазы (Tv) блокировки соответственно, когда второй переключатель (S12, S22) выключен или должен быть выключен в соответствии с управляющим сигналом центрального устройства (20), и ввод фаз (Tv) блокировки выполняется за счет времени включения первого переключателя (S11, S21).

8. Многоуровневый преобразователь (10) по п.6, отличающийся тем, что параллельно первому переключателю (S11, S21) включен первый диод и параллельно второму переключателю (S12, S22) включен второй диод.

9. Многоуровневый преобразователь (10) по п.8, отличающийся тем, что параллельно конденсатору включена последовательная цепь, которая включает в себя первый и второй диоды.

10. Многоуровневый преобразователь (10) по п.9, отличающийся тем, что

- анодный вывод первого диода соединен с катодным выводом второго диода, и

- катодный вывод первого диода соединен с конденсаторным выводом конденсатора, и анодный вывод второго диода соединен с другим конденсаторным выводом конденсатора.

11. Способ эксплуатации многоуровневого преобразователя (10) с множеством последовательно соединенных суб-модулей (31, 32), которые соответственно имеют первый переключатель (S11, S21), второй переключатель (S12, S22) и конденсатор (С1, С2) и в фазах разряда посредством конденсатора отдают ток вовне, а в фазах заряда принимают ток для заряда конденсатора, отличающийся тем, что

- по меньшей мере два из суб-модулей (31, 32) соединены последовательно с образованием мульти-модуля (30), причем в фазах заряда и фазах разряда мульти-модуля (30) соответствующий один из переключателей каждого суб-модуля (30) выключают и соответствующий другой переключатель каждого суб-модуля (30) включают, и

- конденсаторные напряжения суб-модулей (30) контролируют, и в случае асимметрии конденсаторных напряжений запускают симметрирование за счет того, что в суб-модулях (31) со слишком низким - по сравнению с конденсаторным напряжением остальных суб-модулей (32) мульти-модуля (30) – конденсаторным напряжением предусматривают соответственно по меньшей мере одну фазу (Tv) блокировки, в которой первый (S11) и второй (S12) переключатели одновременно выключают.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что сокращение времени включения первого переключателя (S11) осуществляют симметрично временному положению времени выключения второго переключателя (S12).

13. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что

- в суб-модулях (31) со слишком низким - по сравнению с конденсаторным напряжением остальных суб-модулей (32) мульти-модуля (30) – конденсаторным напряжением предусматривают соответственно две фазы (Tv) блокировки, в которых первый и второй переключатели одновременно выключают,

- причем обе фазы (Tv) блокировки имеют одинаковую длительность, и одна из фаз (Tv) блокировки лежит во временном интервале после выключения второго переключателя (S12) и перед включением первого переключателя (S11), а другая фаза (Tv) блокировки лежит во временном интервале после повторного выключения первого переключателя (S11) и перед повторным включением второго переключателя (S12).