本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種飛跨電容三電平單極電流模塊。

背景技術(shù)：

功率模塊是大功率多電平變流器的基礎(chǔ)單元，包括級聯(lián)多電平變流器，模塊化多電平變流器等變流器中均包括大量的功率模塊單元。以級聯(lián)多電平變流器、模塊化多電平變流器為代表的多電平變流器，因具有電流諧波特性好、有功無功解耦控制、模塊化設計、便于實現(xiàn)故障容錯運行等優(yōu)點，在高壓大功率電力變換場合，如柔性直流輸電、大容量動態(tài)無功補償、電能質(zhì)量治理、電機變頻驅(qū)動等領(lǐng)域得到了廣泛運用。

以模塊化多電平變流器為例，其運行特性取決于其功率模塊的電路結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的半橋模塊結(jié)構(gòu)具有損耗較小、成本較低的優(yōu)勢，但由于無法提供負電平電壓，因而無法在直流側(cè)低電壓下輸送功率，也不能在變流器發(fā)生直流側(cè)短路故障后限制故障電流。此外，由半橋模塊構(gòu)成的橋臂其橋臂電壓始終為正，因此不便于通過注入高頻變化的橋臂電壓來降低模塊電容電壓的波動幅度。

為提升模塊化多電平變流器的工作性能，可以采用能夠提供負電平的模塊代替半橋模塊。已有研究提出的能夠提供負電平的模塊包括：全橋模塊、箝位雙模塊(CDSM,clamp-double sub-module)，(Marquardt,R.,"Modular Multilevel Converter:An universal concept for HVDC-Networks and extended DC-Bus-applications,"Power Electronics Conference(IPEC),2010 International,vol.,no.,pp.502,507,21-24 June 2010.)、單極電壓模塊(Jiangchao Qin；Saeedifard,M.；Rockhill,A.；Rui Zhou,"Hybrid Design of Modular Multilevel Converters for HVDC Systems Based on Various Submodule Circuits,"in Power Delivery,IEEE Transactions on,vol.30,no.1,pp.385-394,Feb.2015.)、對角橋模塊(專利公開號CN105450045A)。

上述功率模塊與半橋模塊相比，在獲得相同電平數(shù)目的前提下，全橋模塊、箝位雙模塊和單極電壓模塊均需要采用更多數(shù)量的可控開關(guān)器件，成本增加較大。而對角橋模塊采用的可控開關(guān)器件數(shù)量與半橋模塊一致，成本增加較少。然而，對角橋模塊中兩個可控開關(guān)器件分布于模塊的對角位置，因此其中的可控開關(guān)器件只能分別使用單個器件模塊，而無法像半橋模塊一樣，采用集成度更高的雙管模塊，不利于模塊的集成化設計。并且，每增加一個對角橋模塊，變流器的總電平數(shù)只增加兩個，在高壓應用領(lǐng)域需要大量的對角橋模塊，附屬設備及設備整體使用空間體積較大，結(jié)構(gòu)不夠緊湊。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種飛跨電容三電平單極電流模塊，具有成本低、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點。

本發(fā)明的第二個目的在于提出一種單極電流變流鏈。

本發(fā)明的第三個目的在于提出一種模塊化多電平變流器。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面的實施例公開了一種飛跨電容三電平單極電流模塊，由第一并聯(lián)支路、第二并聯(lián)支路和第二電容C₂構(gòu)成，其中，所述第一并聯(lián)支路包括：第一全控開關(guān)器件T₁、第二全控開關(guān)器件T₂、第一二極管D₁、第二二極管D₂和第一電容C₁，所述第二并聯(lián)支路包括：全控開關(guān)器件單元T₃、二極管單元D₃，其中，所述T₁的發(fā)射極與T₂的集電極相連，所述T₁的集電極與D₂的陽極相連于所述飛跨電容三電平單極電流模塊的一個端口A，D₁的陽極與D₂的陰極相連，D₁的陰極作為第一并聯(lián)支路的陽極，T₂的發(fā)射極作為第一并聯(lián)支路的陰極，第一電容C₁的陽極分別與D₁的陽極和D₂的陰極相連，C₁的陰極分別與T1的發(fā)射極及T2的集電極相連，T₃的發(fā)射極與D₃的陰極連接于所述飛跨電容三電平單極電流模塊的另一個端口B，D₃的陽極作為第二并聯(lián)支路的陰極，T₃的集電極作為第二并聯(lián)支路的陽極，所述第一并聯(lián)支路的陽極、第二并聯(lián)支路的陽極與第二電容C₂的陽極相互連接，所述第一并聯(lián)支路的陰極、第二并聯(lián)支路的陰極與第二電容C₂的陰極相互連接；或者，所述T₁的發(fā)射極與T₂的集電極相連，T₂的發(fā)射極與D₁的陰極連接于所述飛跨電容三電平單極電流模塊的另一個端口B，D₁的陽極與D₂的陰極相連，D₂的陽極作為所述第一并聯(lián)支路的陰極，T₁的集電極作為所述第一并聯(lián)支路的陽極，第一電容C₁的陽極分別與T₁的發(fā)射極與T₂的集電極相連接，所述C₁的陰極分別與D₁的陽極與D₂的陰極相連，T₃的集電極與D₃的陽極連接于所述飛跨電容三電平單極電流模塊的一個端口A，D₃的陰極作為第二并聯(lián)支路的陽極，T₃的發(fā)射極作為第二并聯(lián)支路的陰極，所述第一并聯(lián)支路的陽極、第二并聯(lián)支路的陽極與第二電容C₂的陽極相互連接，所述第一并聯(lián)支路的陰極、第二并聯(lián)支路的陰極與第二電容C₂的陰極相互連接。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的飛跨電容三電平單極電流模塊還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在一些示例中，所述第一電容C₁的額定工作電壓U_dc近似為所述第二電容C₂的額定工作電壓的一半，所述T₁、T₂、D₁、D₂均采用適于額定工作電壓為U_dc的開關(guān)器件。

在一些示例中，所述全控開關(guān)器件單元T₃包括一個或多個全控開關(guān)器件，其中，所述多個全控開關(guān)器件串聯(lián)連接。

在一些示例中，所述二極管單元D₃包括一個或多個二極管，其中，所述多個二極管串聯(lián)連接。

在一些示例中，所述T₁、T₂、T₃為逆阻型全控電力電子開關(guān)器件。

在一些示例中，所述T₁、T₂、T₃為逆導型全控電力電子開關(guān)器件，其中，每個所述逆導型全控電力電子開關(guān)器件均包括一個續(xù)流二極管，每個所述續(xù)流二極管的陽極與對應逆導型全控電力電子開關(guān)器件的發(fā)射極相連，每個續(xù)流二極管的陰極與對應逆導型全控電力電子開關(guān)器件的集電極相連。

在一些示例中，通過所述飛跨電容三電平單極電流模塊的電流i_SM的方向始終從所述端口A流入，并從所述端口B流出。

在一些示例中，所述端口A與端口B之間存在所述的飛跨電容三電平單極電流模塊的端口電壓u_SM，當所述T₁、T₂、T₃均關(guān)斷時，所述飛跨電容三電平單極電流模塊的端口電壓u_SM近似等于2U_dc；當所述T₁、T₂、T₃均導通時，所述飛跨電容三電平單極電流模塊的端口電壓u_SM近似等于-2U_dc；當所述T₁導通且T₂、T₃關(guān)斷，或所述T₂導通且T₁、T₃關(guān)斷時，所述飛跨電容三電平單極電流模塊的端口電壓u_SM近似等于U_dc；當所述T₁關(guān)斷且T₂、T₃導通，或所述T₂關(guān)斷且T₁、T₃導通時，所述飛跨電容三電平單極電流模塊的端口電壓u_SM近似等于-U_dc；當所述T₁、T₂導通且T₃關(guān)斷，或所述T₁、T₂關(guān)斷且T₃導通時，所述飛跨電容三電平單極電流模塊的端口電壓u_SM近似等于0。

根據(jù)本發(fā)明實施例的飛跨電容三電平單極電流模塊，適于單電流方向應用場合，使用的全控開關(guān)器件數(shù)目較少，因此成本低；且所采用的全控開關(guān)器件可以采用集成度更高的雙管模塊，更易于實現(xiàn)模塊的集成化設計，因此結(jié)構(gòu)更為緊湊。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第二方面的實施例還提出了一種單極電流變流鏈，包括一個或多個串聯(lián)的飛跨電容三電平單極電流模塊，所述飛跨電容三電平單極電流模塊為本發(fā)明上述第一方面實施例所述的飛跨電容三電平單極電流模塊。

根據(jù)本發(fā)明實施例的單極電流變流鏈，由一個或多個飛跨電容三電平單極電流模塊串聯(lián)構(gòu)成，具有成本低、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第三方面的實施例還提出了一種模塊化多電平變流器，包括本發(fā)明上述第二方面實施例所述的單極電流變流鏈。

根據(jù)本發(fā)明實施例的模塊化多電平變流器，由飛跨電容三電平單極電流模塊構(gòu)成，僅通過單極電流，當輸出相同正電平數(shù)目時，所使用的全控開關(guān)器件與半橋模塊相同，可提供與正電平數(shù)目相同的負電平，有助于改善變流器在低電壓和低頻運行下直流電壓的性能，并增加了變流器的直流故障閉鎖能力。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據(jù)一個本發(fā)明實施例的飛跨電容三電平單極電流模塊的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的飛跨電容三電平單極電流模塊的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于逆阻型全控開關(guān)器件單元結(jié)構(gòu)圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于逆導型全控開關(guān)器件單元結(jié)構(gòu)圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的二極管單元的結(jié)構(gòu)圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的單極電流變流鏈的示意圖；以及

圖7是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的模塊化多電平變流器示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

以下結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的飛跨電容三電平單極電流模塊、單極電流變流鏈及模塊化多電平變流器。

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的飛跨電容三電平單極電流模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，本發(fā)明實施例的飛跨電容三電平單極電流模塊由第一并聯(lián)支路、第二并聯(lián)支路和第二電容C₂構(gòu)成，其中，第一并聯(lián)支路包括：第一全控開關(guān)器件T₁、第二全控開關(guān)器件T₂、第一二極管D₁、第二二極管D₂和第一電容C₁，第二并聯(lián)支路包括：全控開關(guān)器件單元T₃、二極管單元D₃。

更為具體地，圖1(a)是本發(fā)明一個實施例的基于逆阻型全控開關(guān)器件的飛跨電容三電平單極電流模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。圖1(b)是本發(fā)明另一個實施例的基于逆阻型全控開關(guān)器件的飛跨電容三電平單極電流模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。

具體地，如圖1(a)所示，T₁的發(fā)射極與T₂的集電極相連于圖1(a)中的E點，T₁的集電極與D₂的陽極相連于飛跨電容三電平單極電流模塊的一個端口A，D₁的陽極與D₂的陰極相連于圖1(a)中的F點，D₁的陰極作為第一并聯(lián)支路的陽極，T₂的發(fā)射極作為第一并聯(lián)支路的陰極，第一電容C₁的陽極分別與D₁的陽極和D₂的陰極相連，也即第一電容C1的陽極接入F點，C₁的陰極分別與T1的發(fā)射極及T2的集電極相連，也即C₁的陰極接入E點，T₃的發(fā)射極與D₃的陰極連接于飛跨電容三電平單極電流模塊的另一個端口B，D₃的陽極作為第二并聯(lián)支路的陰極，T₃的集電極作為第二并聯(lián)支路的陽極，第一并聯(lián)支路的陽極、第二并聯(lián)支路的陽極與第二電容C₂的陽極相互連接，第一并聯(lián)支路的陰極、第二并聯(lián)支路的陰極與第二電容C₂的陰極相互連接。或者，

如圖1(b)所示，T₁的發(fā)射極與T₂的集電極相連于圖1(b)中的E點，T₂的發(fā)射極與D₁的陰極連接于飛跨電容三電平單極電流模塊的另一個端口B，D₁的陽極與D₂的陰極相連于圖1(b)中的F點，D₂的陽極作為第一并聯(lián)支路的陰極，T₁的集電極作為第一并聯(lián)支路的陽極，第一電容C₁的陽極分別與T₁的發(fā)射極與T₂的集電極相連接，也即第一電容C1的陽極接入E點，C₁的陰極分別與D₁的陽極與D₂的陰極相連，也即C₁的陰極接入F點，T₃的集電極與D₃的陽極連接于飛跨電容三電平單極電流模塊的一個端口A，D₃的陰極作為第二并聯(lián)支路的陽極，T₃的發(fā)射極作為第二并聯(lián)支路的陰極，第一并聯(lián)支路的陽極、第二并聯(lián)支路的陽極與第二電容C₂的陽極相互連接，第一并聯(lián)支路的陰極、第二并聯(lián)支路的陰極與第二電容C₂的陰極相互連接。

其中，結(jié)合圖1(a)和圖1(b)所示，在本發(fā)明的一個實施例中，第一電容C₁正極與負極之間的電壓差為U_dc1，第二電容C₂正極與負極之間的電壓差為U_dc2。基于此，第一電容C₁的額定工作電壓U_dc近似為第二電容C₂的額定工作電壓的一半，即U_dc1＝U_dc2/2＝U_dc；T₁、T₂、D₁、D₂均采用適于額定工作電壓為U_dc的開關(guān)器件。進一步地，例如，T₃可采用額定工作電壓為2U_dc的一個全控開關(guān)器件，也可由兩個額定工作電壓均為U_dc的全控開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成；D₃可采用額定工作電壓為2U_dc的一個二極管，也可由兩個額定工作電壓均為U_dc的二極管串聯(lián)構(gòu)成。

在本發(fā)明的一個實施例中，全控開關(guān)器件單元T₃包括一個或多個全控開關(guān)器件，其中，多個全控開關(guān)器件串聯(lián)連接。當T₃包括一個全控開關(guān)器件時，這一個全控開關(guān)器件的額定工作電壓為2U_dc，當T₃包括多個全控開關(guān)器件時，這多個全控開關(guān)器件的額定工作電壓總和為2U_dc。作為具體的示例，例如，結(jié)合圖3和圖4所示，全控開關(guān)器件單元T₃例如可由1個全控開關(guān)器件T₃₁構(gòu)成，見圖3(a)和圖4(a)，此時，T₃₁的集電極為T₃的集電極，T₃₁的發(fā)射極為T₃的發(fā)射極，T₃₁的額定工作電壓為2U_dc。另一方面，T₃也可由全控開關(guān)器件T₃₁和T₃₂串聯(lián)構(gòu)成，見圖3(b)和圖4(b)，此時，T₃₁的集電極作為T₃的集電極，T₃₁的發(fā)射極與T₃₂的集電極相連，T₃₂的發(fā)射極作為T₃的發(fā)射極，T₃₁、T₃₂的額定工作電壓均為U_dc。

在本發(fā)明的一個實施例中，二極管單元D₃包括一個或多個二極管，其中，多個二極管串聯(lián)連接。當D₃包括一個二極管時，這一個二極管的額定工作電壓為2U_dc，當D₃包括多個二極管時，這多個二極管的額定工作電壓總和為2U_dc。作為具體的示例，例如，結(jié)合圖5所示，二極管單元D₃例如可由1個二極管D₃₁構(gòu)成，見圖5(a)，此時D₃₁的陰極為D₃的陰極，D₃₁的陽極為D₃的陽極，D₃₁的額定工作電壓為2U_dc。另一方面，D₃也可由二極管D₃₁和D₃₂串聯(lián)構(gòu)成，見圖5(b)，此時D₃₁的陰極作為D₃的陰極，D₃₁的陽極與D₃₂的陰極相連，D₃₂的陽極作為D₃的陽極，D₃₁、D₃₂的額定工作電壓均為U_dc。

在本發(fā)明的一個實施例中，T₁、T₂、T₃可以為逆阻型全控電力電子開關(guān)器件。結(jié)合上述的示例，換言之，例如，全控開關(guān)器件T₁、T₂、T₃₁、T₃₂可采用逆阻型全控電力電子開關(guān)器件，典型如集成門極換流晶閘管(IGCT)或門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)，并且，逆阻型全控電力電子開關(guān)器件內(nèi)部不包括續(xù)流二極管?；谀孀栊腿仉娏﹄娮娱_關(guān)器件的飛跨電容三電平單極電流模塊的結(jié)構(gòu)見圖1(a)和圖1(b)所示。

在本發(fā)明的另一個實施例中，T₁、T₂、T₃也可以為逆導型全控電力電子開關(guān)器件，其中，每個逆導型全控電力電子開關(guān)器件均包括一個續(xù)流二極管，每個續(xù)流二極管的陽極與對應逆導型全控電力電子開關(guān)器件的發(fā)射極相連，每個續(xù)流二極管的陰極與對應逆導型全控電力電子開關(guān)器件的集電極相連。結(jié)合上文的示例，換言之，例如，全控開關(guān)器件T₁、T₂、T₃₁、T₃₂也可采用逆導型全控電力電子開關(guān)器件，典型如絕緣門極雙極型晶體管(IGBT)。每個逆導型全控電力電子開關(guān)器件內(nèi)部包括一個續(xù)流二極管，續(xù)流二極管的陽極與全控開關(guān)器件的發(fā)射極相連，續(xù)流二極管的陰極與全控開關(guān)器件的集電極相連。具體地，基于逆導型全控電力電子開關(guān)器件的飛跨電容三電平單極電流模塊的結(jié)構(gòu)見圖2(a)和圖2(b)所示，其中T₁內(nèi)部的續(xù)流二極管為D_1e、T₂內(nèi)部的續(xù)流二極管為D_2e、T₃₁內(nèi)部的續(xù)流二極管為D_31e，T₃₂內(nèi)部的續(xù)流二極管為D_32e。

在本發(fā)明的一個實施例中，結(jié)合圖1和圖2所示，通過飛跨電容三電平單極電流模塊的電流i_SM的方向始終從端口A流入，并從端口B流出。端口A與端口B之間存在飛跨電容三電平單極電流模塊的端口電壓u_SM，也就是說，端口A、B之間的電壓差為飛跨電容三電平單極電流模塊的端口電壓u_SM。具體地，當T₁、T₂、T₃均關(guān)斷時，飛跨電容三電平單極電流模塊的端口電壓u_SM近似等于2U_dc；當T₁、T₂、T₃均導通時，飛跨電容三電平單極電流模塊的端口電壓u_SM近似等于-2U_dc；當T₁導通且T₂、T₃關(guān)斷，或T₂導通且T₁、T₃關(guān)斷時，飛跨電容三電平單極電流模塊的端口電壓u_SM近似等于U_dc；當T₁關(guān)斷且T₂、T₃導通，或T₂關(guān)斷且T₁、T₃導通時，飛跨電容三電平單極電流模塊的端口電壓u_SM近似等于-U_dc；當T₁、T₂導通且T₃關(guān)斷，或T₁、T₂關(guān)斷且T₃導通時，飛跨電容三電平單極電流模塊的端口電壓u_SM近似等于0。

綜上，本發(fā)明上述實施例的飛跨電容三電平單極電流模塊，是一種只允許單一方向電流通過的單相飛跨電容三電平電壓源模塊，適于單電流方向應用場合。其與可通過雙向電流的飛跨電容三電平電壓源模塊比較，所使用的全控開關(guān)器件可節(jié)省1/2；與全橋模塊、單極電壓模塊和箝位雙模塊相比，當輸出相同電平數(shù)目時，本發(fā)明采用的全控開關(guān)器件數(shù)目更少，是全橋模塊的1/2，是單極電壓模塊和箝位雙模塊的2/3，成本相對更低，因此，本發(fā)明具有成本低的優(yōu)點。另一方面，本發(fā)明可輸出雙極性三電平電壓，與輸出相同正負電平數(shù)目的兩個對角橋模塊相比，本發(fā)明采用的全控開關(guān)器件可以采用集成度更高的雙管模塊，更易于實現(xiàn)模塊的集成化設計，結(jié)構(gòu)更為緊湊，因此具有結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點。

根據(jù)本發(fā)明實施例的飛跨電容三電平單極電流模塊，適于單電流方向應用場合，使用的全控開關(guān)器件數(shù)目較少，因此成本低；且所采用的全控開關(guān)器件可以采用集成度更高的雙管模塊，更易于實現(xiàn)模塊的集成化設計，因此結(jié)構(gòu)更為緊湊。

本發(fā)明的進一步實施例還提出了一種單極電流變流鏈。

具體地，本發(fā)明實施例的單極電流變流鏈包括一個或多個串聯(lián)的飛跨電容三電平單極電流模塊，該飛跨電容三電平單極電流模塊例如為本發(fā)明上述實施例所描述的飛跨電容三電平單極電流模塊。換言之，將一個或多個本發(fā)明上述實施例所描述的飛跨電容三電平單極電流模塊相互串聯(lián)，即可得到單極電流變流鏈。

以圖6所示為例，是由2n(n為自然數(shù)且n≥1)個飛跨電容三電平單極電流模塊串聯(lián)構(gòu)成的單極電流變流鏈10。其中包括n個如圖1(a)所示的飛跨電容三電平單極電流I型模塊和n個如圖1(b)所示的飛跨電容三電平單極電流II型模塊。其中第一個飛跨電容三電平單極電流I型模塊的A端口作為變流鏈10的一個端點P，其B端口接入第一個飛跨電容三電平單極電流II型模塊M₂的A端口，第一個飛跨電容三電平單極電流II型模塊的B端口，接入第二個飛跨電容三電平單極電流I型模塊的A端口，…，第k(k＝1,2，…，n-1)個飛跨電容三電平單極電流I型模塊M_k的B端口接入第k個飛跨電容三電平單極電流II型模塊的A端口，…，第n個飛跨電容三電平單極電流II型模塊的B端口作為單極電流變流鏈10的另一個端點N；P與N之間的電壓差為單極電流變流鏈10的端口電壓U_SM。

在單極電流變流鏈10中，流經(jīng)電流i_SM的方向始終從P端流向N端，其中流經(jīng)第k個飛跨電容三電平單極電流模塊的電流方向，始終從其A端口流入，從B端口流出。令第k個(k＝1,2，…，n-1)飛跨電容三電平單極電流模塊的端口電壓為u_SMk，如前所述，控制第k個飛跨電容三電平單極電流模塊中全控開關(guān)器件T₁、T₂、T₃的關(guān)斷和導通狀態(tài)，可使得該模塊的端口電壓u_SMk近似等于±2U_dc、±U_dc、0共計五種電平；相應地，n個飛跨電容三電平單極電流模塊中每個模塊的端口電壓均可得到上述五種電平；由于n個飛跨電容三電平單極電流模塊相互串聯(lián)，該變流鏈的端口電壓U_SM為n個飛跨電容三電平單極電流模塊端口電壓之和，故該變流鏈10的端口電壓U_SM能夠形成近似±2n·U_dc、±(2n-1)·U_dc、±(2n-2)·U_dc、±3U_dc、±2U_dc、±U_dc、0，共4n+1個電平。

需要說明的是，本發(fā)明實施例的單極電流變流鏈的具體實現(xiàn)方式與本發(fā)明實施例的飛跨電容三電平單極電流模塊的具體實現(xiàn)方式類似，具體請參見飛跨電容三電平單極電流模塊部分的描述，為了減少冗余，此處不再贅述。

綜上，根據(jù)本發(fā)明實施例的單極電流變流鏈，由一個或多個飛跨電容三電平單極電流模塊串聯(lián)構(gòu)成，具有成本低、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點。

本發(fā)明的進一步實施例還提出了一種模塊化多電平變流器，包括本發(fā)明上述實施例所描述的單極電流變流鏈。

具體地說，基于前述的示例，作為中點箝位三電平單極電流模塊和單極電流變流鏈10的一種應用實施例，由單極電流變流鏈10可進一步構(gòu)成模塊化多電平變流器。

如圖7所示，模塊化多電平變流器(30、40)通常由結(jié)構(gòu)相同的三相A,B,C及直流側(cè)正極DC+、直流側(cè)負極DC-構(gòu)成；每相均由上、下兩個相同橋臂串聯(lián)構(gòu)成，每個橋臂均由1臺濾波電抗器L與1個單極電流變流鏈10或1個中點箝位三電平單極電流模塊相互串聯(lián)構(gòu)成；各相上橋臂正極端P+作為該相直流側(cè)正極端，各相下橋臂負極端N-作為該相直流側(cè)負極端；變流器各相的直流側(cè)正極端共同連接形成變流器的直流側(cè)正極DC+，變流器各相的直流側(cè)負極端共同連接形成變流器的直流側(cè)負極DC-；每相上橋臂負極端P-與下橋臂正極端N+的連接點分別為每相交流側(cè)端Ac,Bc,Cc；Ac,Bc,Cc分別與交流電壓每相線端Ag,Bg,Cg連接。

模塊化多電平變流器30的每個橋臂電流i_SM的方向，與橋臂中的變流鏈10或單極電流模塊的電流方向相同，始終從橋臂正極端P+流向橋臂負極端N-，變流器30的功率始終從直流側(cè)流向交流側(cè)；模塊化多電平變流器40的每個橋臂電流i_SM的方向，與橋臂中的變流鏈10或單極電流模塊的電流方向相反，始終從橋臂負極端N-流向橋臂正極端P+，40的功率始終從交流側(cè)流向直流側(cè)。

需要說明的是，模塊化多電平變流器(30、40)亦可用結(jié)構(gòu)相同的兩相構(gòu)建或一般而言可以多相構(gòu)建。

綜上，根據(jù)本發(fā)明實施例的模塊化多電平變流器，由飛跨電容三電平單極電流模塊構(gòu)成，僅通過單極電流，當輸出相同正電平數(shù)目時，所使用的全控開關(guān)器件與半橋模塊相同，可提供與正電平數(shù)目相同的負電平，有助于改善變流器在低電壓和低頻運行下直流電壓的性能，并增加了變流器的直流故障閉鎖能力。

另外，根據(jù)本發(fā)明實施例的模塊化多電平變流器的其它構(gòu)成以及作用對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言都是已知的，為了減少冗余，不做贅述。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同限定。