些實(shí)施例中，至少一個(gè)第二開關(guān)元件可包括至少一個(gè)不可控的開關(guān)元件，例如二極管等。至少一個(gè)第一開關(guān)元件可包括可控的開關(guān)元件，例如IGBT等。因此，高壓模塊的能量存儲(chǔ)元件可通過半橋式結(jié)構(gòu)的開關(guān)來連接到所述轉(zhuǎn)換器臂上。
[0023]在一些實(shí)施例中，高壓模塊可包括至少一個(gè)第三開關(guān)元件，其用于選擇性地允許對(duì)所述至少一個(gè)能量存儲(chǔ)元件進(jìn)行旁路或連接以提供第一極性電壓，以及至少一個(gè)第四開關(guān)元件，其用于選擇性地允許對(duì)所述至少一個(gè)能量存儲(chǔ)元件進(jìn)行連接以提供與所述第一極性相反的第二極性電壓。因此，第三開關(guān)元件和第四開關(guān)元件允許對(duì)高壓模塊的能量存儲(chǔ)元件所提供的電壓的極性進(jìn)行反轉(zhuǎn)。高壓模塊的能量存儲(chǔ)元件可相應(yīng)地通過全橋式結(jié)構(gòu)的開關(guān)連接在轉(zhuǎn)換器臂中。
[0024]能夠連接高壓模塊的能量存儲(chǔ)元件(例如，高壓電容器)以提供正電壓和負(fù)電壓是指:當(dāng)正常操作期間需要時(shí)高壓模塊可用于提供一種極性，但是也可用于提供相反極性從而在DC故障情況下提供故障阻斷。那么，電壓源轉(zhuǎn)換器可包括故障控制器，其配置為對(duì)第三開關(guān)元件和第四開關(guān)元件進(jìn)行控制，以使得在正常操作下所述至少一個(gè)第三開關(guān)元件導(dǎo)通而所述至少一個(gè)第四開關(guān)元件截止，以及還使得響應(yīng)于直流故障的檢測(cè)讓所述第三開關(guān)元件截止而所述至少一個(gè)第四開關(guān)元件導(dǎo)通。
[0025]通常，所述電壓源轉(zhuǎn)換器可具有多個(gè)相位肢。在一些實(shí)施例中，每個(gè)轉(zhuǎn)換器臂可包括單獨(dú)的高壓模塊。然而，在一些實(shí)施例中，高壓模塊可共享在多個(gè)轉(zhuǎn)換器臂之間。因此，可以將高壓模塊連接到多個(gè)轉(zhuǎn)換器臂上，以使得所述至少一個(gè)能量存儲(chǔ)元件可串聯(lián)連接到多于一個(gè)的轉(zhuǎn)換器臂上。
[0026]所述轉(zhuǎn)換器可包括轉(zhuǎn)換器控制器，其配置為按包括臂接通狀態(tài)和臂關(guān)斷狀態(tài)的順序控制所述轉(zhuǎn)換器臂，其中在所述臂接通狀態(tài)下對(duì)所述第一多個(gè)單元進(jìn)行選擇性地控制以提供電壓波形整形，并且在所述臂關(guān)斷狀態(tài)下對(duì)所述高壓模塊進(jìn)行控制從而將所述至少一個(gè)能量存儲(chǔ)元件與所述第一多個(gè)單元串聯(lián)連接。
[0027]在一些實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)換器控制器配置為當(dāng)所述轉(zhuǎn)換器臂處于接通狀態(tài)時(shí)對(duì)所述高壓模塊進(jìn)行控制，從而對(duì)所述至少一個(gè)能量存儲(chǔ)元件進(jìn)行旁路。換言之，所述高壓模塊的能量存儲(chǔ)元件在正常操作中僅用于提供在臂關(guān)斷狀態(tài)下的電壓阻斷支持。
[0028]然而，在一些實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)換器控制器可配置為對(duì)所述高壓模塊進(jìn)行控制，從而針對(duì)轉(zhuǎn)換器臂處于所述臂接通狀態(tài)的一部分時(shí)段，使得所述至少一個(gè)能量存儲(chǔ)元件與所述第一多個(gè)單元串聯(lián)連接。換言之，在所述臂接通狀態(tài)期間，可將所述高壓模塊的能量存儲(chǔ)元件串聯(lián)連接。在這樣的實(shí)施例中，所述高壓模塊的額定電壓可以是與轉(zhuǎn)換器臂相連的DC端子的電壓幅值的幾分之一。換言之，通過將所述高壓模塊的能量存儲(chǔ)元件與所述第一多個(gè)單元串聯(lián)連接而在轉(zhuǎn)換器臂中引入的電壓階躍是DC端子電壓的幅值的幾分之一，例如，所述電壓階躍可以是DC端子電壓的一半幅值的量級(jí)。
[0029]相比于不具有高壓模塊的替代方案，具有能將如此顯著的電壓階躍引入到轉(zhuǎn)換器臂中的高壓模塊可以減小所述第一多個(gè)電壓在臂接通狀態(tài)期間所經(jīng)歷的最大電壓差以及因此而需要的電壓范圍。這可允許在轉(zhuǎn)換器中使用較少的元件，隨之節(jié)約成本并減小尺寸。
[0030]在所述至少一個(gè)能量存儲(chǔ)元件與所述第一多個(gè)單元串聯(lián)連接的臂接通狀態(tài)期間的時(shí)段對(duì)應(yīng)于相位肢的兩個(gè)轉(zhuǎn)換器臂均處于臂接通狀態(tài)的時(shí)段。
[0031]在這樣的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器臂的高壓模塊本身并不能在臂關(guān)斷狀態(tài)下提供足夠的電壓阻斷支持。在一些實(shí)施例中，在每個(gè)轉(zhuǎn)換器臂中可具有多于一個(gè)的高壓模塊。附加或備選地，在轉(zhuǎn)換器臂中可具有與所述高壓模塊串聯(lián)的至少一個(gè)臂開關(guān)元件，并且所述轉(zhuǎn)換器控制器配置為控制所述至少一個(gè)臂開關(guān)元件在轉(zhuǎn)換器臂接通狀態(tài)下導(dǎo)通并且在轉(zhuǎn)換器臂關(guān)斷狀態(tài)下截止。
[0032]然而，如上所述，在一些實(shí)施例中，所述高壓模塊可配置為提供臂關(guān)斷狀態(tài)中所有必要的電壓阻斷支持。因此，在一些實(shí)施例中，所述高壓模塊的額定電壓大致等于與轉(zhuǎn)換器臂相連的DC端子在使用中的電壓幅值。
[0033]在一些實(shí)施例中，相位肢的每個(gè)轉(zhuǎn)換器臂包括高壓模塊，并且高側(cè)轉(zhuǎn)換器臂的高壓模塊的至少一個(gè)能量存儲(chǔ)元件的低側(cè)端子經(jīng)由至少一個(gè)濾波器組件連接到低側(cè)轉(zhuǎn)換器臂的高壓模塊的至少一個(gè)能量存儲(chǔ)元件的高壓側(cè)端子上。
[0034]在例如高壓電容器的能量存儲(chǔ)元件(其在使用中存儲(chǔ)幅值等于DC端子電壓的電壓)與DC端子相連的情況下，這種電容器未連接到DC端子的端子不會(huì)經(jīng)受任何的DC電壓應(yīng)力。因此，這種能量存儲(chǔ)元件可以使用在DC濾波器結(jié)構(gòu)中。濾波器可以是無源濾波器，由此濾波器組件可包括例如電感和電阻。然而，在一些實(shí)施例中，濾波器組件可包括用于有源濾波的全橋式單元的鏈?zhǔn)诫娐贰?br>[0035]在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于操作具有至少一個(gè)相位肢的電壓源轉(zhuǎn)換器的方法，其中每個(gè)相位肢包括將AC端子連接到高側(cè)DC端子的高側(cè)轉(zhuǎn)換器臂，以及將所述AC端子連接到低側(cè)DC端子的低側(cè)轉(zhuǎn)換器臂，其中至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器臂包括:
[0036]第一多個(gè)單元，所述第一多個(gè)單元中的每個(gè)單元均包括能選擇性地串聯(lián)連接在所述轉(zhuǎn)換器臂中的能量存儲(chǔ)元件或被旁路的能量存儲(chǔ)元件；所述方法包括:
[0037]在所述轉(zhuǎn)換器臂的接通狀態(tài)期間，選擇性地切換所述第一多個(gè)單元的各單元以供電壓波形整形；并且
[0038]在所述轉(zhuǎn)換器臂的關(guān)斷狀態(tài)期間，將高壓模塊的至少一個(gè)能量存儲(chǔ)元件與所述第一多個(gè)單元串聯(lián)，其中所述高壓模塊的至少一個(gè)能量存儲(chǔ)元件的電壓大于所述第一多個(gè)單元的任何能量存儲(chǔ)元件的電壓。
[0039]本發(fā)明這一方面的方法提供了所有的相同優(yōu)點(diǎn)，并且可以在如針對(duì)上述各種實(shí)施例所描述的所有變型中操作。
【附圖說明】
[0040]下面僅通過舉例并參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，其中:
[0041]圖1示出了已知的臂交替導(dǎo)通型轉(zhuǎn)換器；
[0042]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有用于電壓阻斷的高壓電容器模塊的電壓源轉(zhuǎn)換器；
[0043]圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器臂，并且圖3b和圖3c分別示出了其接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)；
[0044]圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器臂，并且圖4b和圖4c分別示出了這種轉(zhuǎn)換器臂的接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)；
[0045]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的將高壓模塊共享在多個(gè)轉(zhuǎn)換器臂之間的電壓源轉(zhuǎn)換器；
[0046]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可將高壓模塊用于故障阻斷的電壓源轉(zhuǎn)換器；
[0047]圖7示出了在轉(zhuǎn)換器臂的接通狀態(tài)下如何使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電壓模塊來提供電壓階躍；
[0048]圖8示出了具有多于一個(gè)高壓模塊的轉(zhuǎn)換器臂；
[0049]圖9示出了具有高壓模塊和臂開關(guān)元件的轉(zhuǎn)換器；
[0050]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器的相位肢的各種重疊操作模式；和
[0051]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有濾波器組件的轉(zhuǎn)換器。
【具體實(shí)施方式】
[0052]本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種電壓源轉(zhuǎn)換器，其中轉(zhuǎn)換器臂具有可經(jīng)選擇性控制以提供電壓波形整形的第一多個(gè)單元，該第一多個(gè)單元配置為與包括至少一個(gè)能量存儲(chǔ)元件(例如，電容器)的至少一個(gè)高壓模塊串聯(lián)連接，該至少一個(gè)能量存儲(chǔ)元件可選擇性地連接在高壓模塊上，從而在轉(zhuǎn)換器臂的關(guān)斷狀態(tài)下提供電壓阻斷。每個(gè)高壓模塊的額定電壓，即可由高壓模塊的各能量存儲(chǔ)元件存儲(chǔ)的電壓，大于第一多個(gè)單元的各單元的電壓。
[0053]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器類似于臂交替導(dǎo)通轉(zhuǎn)換器類型的轉(zhuǎn)換器，其中轉(zhuǎn)換器臂具有在該轉(zhuǎn)換器臂接通狀態(tài)期間用于提供電壓波形整形的第一多個(gè)單元以及用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換器臂的關(guān)斷狀態(tài)的元件。但是，上面參考圖1所描述的轉(zhuǎn)換器中的至少一些臂開關(guān)元件將由該高壓模塊來代替。
[0054]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電壓源轉(zhuǎn)換器的示例。與上面參照?qǐng)D1所描述的部件相類似的部件以相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)示。
[0055]圖2示出了具有三個(gè)相位肢201a_c的轉(zhuǎn)換器200，其中每個(gè)相位肢具有將相關(guān)的AC端子102a-c連接到高側(cè)DC端子DC+的高側(cè)轉(zhuǎn)換器臂，以及將相關(guān)的AC端子102a_c連接到低側(cè)DC端子DC-的低側(cè)轉(zhuǎn)換器臂。每個(gè)轉(zhuǎn)換器臂包括多個(gè)串聯(lián)連接的單元103以用于波形整形，即，當(dāng)轉(zhuǎn)換器臂處于接通狀態(tài)時(shí)(即，當(dāng)轉(zhuǎn)換器臂導(dǎo)通時(shí))用于按順序選擇性地進(jìn)行切換以產(chǎn)生所需的電壓波形。每個(gè)單元103可以是如圖1所示的形式，并因此可以包括能保持電壓的能量存儲(chǔ)元件(其在本實(shí)施例為與例如IGBT的開關(guān)106相連的電容器105)，從而使得該電容器可串聯(lián)連接在單元的端子104a和104b之間或者被旁路。電容器105可以如圖1所示的全橋結(jié)構(gòu)與開關(guān)106連接，從而使得單元切換至旁路狀態(tài)以對(duì)電容器進(jìn)行旁路，或者切換至兩種電壓狀態(tài)中的任一種以在單元端子之間分別提供正電壓或負(fù)電壓。在一些實(shí)施例中，至少一些單元可包括半橋結(jié)構(gòu)，這實(shí)現(xiàn)了旁路狀態(tài)和單一極性的電壓狀態(tài)。在一些實(shí)施例中，單元103可包括多個(gè)電容器，以及允許該單元的多個(gè)電容器選擇性地進(jìn)行串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的開關(guān)配置?？梢允褂帽绢I(lǐng)域已知的可用于電壓波形整形的任何類型的單元作為單元103。應(yīng)當(dāng)理解，圖2僅在每個(gè)轉(zhuǎn)換器臂中示出了兩個(gè)單元，但在實(shí)踐中可具有相當(dāng)多數(shù)量的單元，例如為數(shù)十或數(shù)百量級(jí)的單元。
[0056]在圖2的實(shí)施例中，每個(gè)轉(zhuǎn)換器臂中的多個(gè)串聯(lián)連接的單元103(其共同形成鏈?zhǔn)睫D(zhuǎn)換器)與高壓模塊202進(jìn)行串聯(lián)連接。每個(gè)高壓模塊包括可選擇性地被旁路或與轉(zhuǎn)換器臂的多個(gè)單元103串聯(lián)連接的一個(gè)或多個(gè)能量存儲(chǔ)元件，其在本實(shí)施例中為高壓電容器206。在本示例中，高壓模塊203相應(yīng)具有用于連接到相關(guān)的DC端子(DC+，DC_)的第一端子203a，以及用于連接到轉(zhuǎn)換器臂的多個(gè)串聯(lián)連接的單元103的第二端子。高壓模塊包括用于在不包括高壓電容器206的旁