這有利地使得針對(duì)轉(zhuǎn)換器臂的鏈?zhǔn)絾卧碾妷悍秶囊笙鄳?yīng)減少。
[0076]如上所述，相比于MMC型轉(zhuǎn)換器，AAC型轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)之一在于:轉(zhuǎn)換器臂在交流周期的至少一部分時(shí)間里關(guān)斷，并且在關(guān)斷狀態(tài)下在用于波形整形單元103(即，鏈?zhǔn)睫D(zhuǎn)換器)與臂阻斷元件之間共享電壓。因此，相比于MMC型轉(zhuǎn)換器，AAC型轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器臂的單元103可設(shè)計(jì)為處理降低的電壓范圍，例如可能需要較少的單元。正如所討論的那樣，如果高側(cè)轉(zhuǎn)換器臂僅當(dāng)交流周期的正半周期才導(dǎo)通并且同樣低側(cè)轉(zhuǎn)換器臂僅當(dāng)交流周期的負(fù)半周期才導(dǎo)通，那么每個(gè)轉(zhuǎn)換器臂的多個(gè)單元103可設(shè)計(jì)具有在幅值上等于DC端子處的直流電壓幅值的電壓范圍(和電壓容差)。
[0077]然而，在一些實(shí)例中，可能期望運(yùn)行在相位肢的轉(zhuǎn)換器臂的接通狀態(tài)之間的重疊時(shí)段下。因此，高側(cè)轉(zhuǎn)換器臂可以在交流周期的整個(gè)正半周期期間以及負(fù)半周期的至少部分期間導(dǎo)通。同樣地，低側(cè)轉(zhuǎn)換器臂可以在交流周期的整個(gè)負(fù)半周期期間以及正半周期的至少部分期間導(dǎo)通。當(dāng)兩個(gè)轉(zhuǎn)換器臂都導(dǎo)通時(shí)，這將導(dǎo)致重疊時(shí)段。這也意味著，在轉(zhuǎn)換器臂切換至關(guān)斷狀態(tài)之前，高側(cè)轉(zhuǎn)換器臂的多個(gè)單元103兩端的電壓差將超過(guò)VDe。這樣的重疊時(shí)段可有利地對(duì)直流網(wǎng)絡(luò)的有源濾波。在使用中同樣重要的是，管理構(gòu)成了鏈?zhǔn)睫D(zhuǎn)換器的各單元103的操作，以允許在各個(gè)單元103之間的電壓平衡。具有較長(zhǎng)的導(dǎo)通時(shí)段允許有更多的時(shí)間來(lái)管理鏈?zhǔn)絾卧?03的能量/電壓。
[0078]例如，設(shè)想針對(duì)一個(gè)相位肢的AC波形的正半部分延伸了從O。到180°的相位角，并且負(fù)半周期因此介于180°與360°的相位角之間。高側(cè)轉(zhuǎn)換器臂可設(shè)置為接通并在交流周期的正極性部分以及正半周期的前后各30°期間導(dǎo)通，但在關(guān)斷狀態(tài)下則相反。同樣，低側(cè)轉(zhuǎn)換器臂可設(shè)置為接通并在負(fù)半周期以及負(fù)半周期的前后各30°期間持續(xù)接通。這意味著，在30°與150°的相位角之間，當(dāng)?shù)蛡?cè)臂處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)高側(cè)臂導(dǎo)通，而在210°與330°之間時(shí)，情況正好相反。在其他時(shí)刻，例如在150°與210°之間時(shí)，兩個(gè)轉(zhuǎn)換器臂均導(dǎo)通。
[0079]這意味著，當(dāng)AC端子的電壓為_(kāi)VDe/2時(shí)，高側(cè)轉(zhuǎn)換器臂切換至接通狀態(tài)并導(dǎo)通。因此，鏈?zhǔn)诫娐返亩鄠€(gè)單元103所經(jīng)歷的電壓范圍是DC端子的電壓幅值的1.5倍，即1.5Vdc。對(duì)于低側(cè)轉(zhuǎn)換器臂而言，同樣如此。因此，每個(gè)電壓臂的多個(gè)單元103必須額定地承受1.5VDe的電壓，并能夠在此電壓范圍內(nèi)提供波形整形。
[0080]在本發(fā)明的實(shí)施例中，高壓模塊用于在重疊時(shí)段期間提供大的電壓階躍。例如，考慮的是:高壓模塊提供幅值等于0.5VDe的電壓階躍，并且僅當(dāng)上面提及的重疊時(shí)段期間才對(duì)高壓模塊進(jìn)行控制以引入該電壓階躍。
[0081]在高側(cè)轉(zhuǎn)換器臂接通并導(dǎo)通的時(shí)段期間，即本實(shí)施例中介于30°與150°的相位角之間的時(shí)段中，切換高壓模塊以對(duì)高壓電容器進(jìn)行旁路。在此期間，AC端子的電壓從+0.5VDe變到+V %并變回到+0.5V DCo因此，在此期間，鏈?zhǔn)诫娐返亩鄠€(gè)單元103兩端的最大電壓差在幅值上等于0.5VDe。在150°相位角處，低側(cè)轉(zhuǎn)換器臂切換至接通狀態(tài)并開(kāi)始導(dǎo)通。與此同時(shí)，對(duì)高壓模塊進(jìn)行控制以引入0.5VDC的電壓階躍。還對(duì)鏈?zhǔn)诫娐返亩鄠€(gè)單元103的高側(cè)轉(zhuǎn)換器臂進(jìn)行控制，從而將這一電壓階躍考慮在內(nèi)。在這一點(diǎn)上，AC端子處的電壓為+0.5VDC，但由于由高壓模塊所導(dǎo)致的電壓階躍，使得高側(cè)轉(zhuǎn)換器臂的多個(gè)單元103兩端的電壓差已減小至零。高側(cè)轉(zhuǎn)換器臂保持導(dǎo)通，直到210°相位角為止，在該點(diǎn)處AC端子的電壓已降至-0.5Vdco然而，由于由高壓模塊所引起的電壓階躍，使得高側(cè)轉(zhuǎn)換器臂的鏈?zhǔn)诫娐返亩鄠€(gè)單元103兩端的電壓差在幅值上等于VDe。在這一點(diǎn)上，高壓側(cè)轉(zhuǎn)換器臂切換至關(guān)斷狀態(tài)并停止導(dǎo)通。因此，高側(cè)轉(zhuǎn)換器臂的鏈?zhǔn)诫娐返亩鄠€(gè)單元103所需的最大電壓范圍在幅值上等于VDe，即相關(guān)的DC端子的電壓幅值。
[0082]圖7示出了針對(duì)高側(cè)轉(zhuǎn)換器臂的操作。圖7的頂部曲線圖示出了高側(cè)DC端子的電壓，其基本恒定地保持在+Vdc。圖7的第二曲線圖顯示了由高壓電容器模塊引起的電壓階躍。對(duì)高壓模塊進(jìn)行控制，從而在重疊時(shí)段期間引入0.5VDe的電壓階躍，但在30°與150°期間僅高壓側(cè)臂處于導(dǎo)通時(shí)才對(duì)高壓模塊進(jìn)行旁路。在本實(shí)施例中，在介于210°與330°的時(shí)段期間，當(dāng)高側(cè)轉(zhuǎn)換臂不導(dǎo)通時(shí)電壓階躍顯示為被移除。這假定，使用了一些其他臂阻斷元件來(lái)將轉(zhuǎn)換器臂切換至關(guān)斷狀態(tài)。然而，如下文將說(shuō)明的那樣，高壓模塊可以與其他電壓阻斷元件和/或臂開(kāi)關(guān)元件相結(jié)合地用于在關(guān)斷狀態(tài)下提供至少一些電壓阻斷。
[0083]第三曲線圖示出了由鏈?zhǔn)诫娐返亩鄠€(gè)單元103所產(chǎn)生的電壓差如何隨時(shí)間而變化。鏈?zhǔn)诫娐繁挥行У剡M(jìn)行控制以產(chǎn)生所需波形例如部分正弦波，但是對(duì)應(yīng)于由高壓模塊所提供的電壓階躍的添加或移除時(shí)段而言，具有0.5VDC的階躍變化。最后的曲線圖示出了由于高側(cè)轉(zhuǎn)換器臂而在AC端子處產(chǎn)生的電壓波形。
[0084]因此，可以看出，轉(zhuǎn)換器臂總體上提供了基于1.5VDC的電壓范圍的電壓波形整形，但是，多個(gè)單元103(即，轉(zhuǎn)換器臂的鏈?zhǔn)睫D(zhuǎn)換器)僅需要設(shè)計(jì)成基于VDe的電壓范圍來(lái)操作。這使得用于鏈?zhǔn)诫娐返牟考?shù)量，即單元103的數(shù)量(就給定的電壓分辨率而言)顯著減少。
[0085]應(yīng)當(dāng)指出，在重疊時(shí)段期間，當(dāng)轉(zhuǎn)換器臂導(dǎo)通并且高壓電容器得以連接以提供電壓階躍時(shí)，電流會(huì)流向高壓電容器或從中流出。然而，在整個(gè)重疊時(shí)段期間，總體的電流流動(dòng)具有零的直流DC分量，即，流經(jīng)第一半個(gè)重疊時(shí)段的電流有效地大致等于且反相于流經(jīng)第二半個(gè)重疊時(shí)段的電流。因此，在保持在該電容器上正確的充電電平的同時(shí)，可以在此時(shí)段使用高壓電容器來(lái)提供電壓階躍。
[0086]在轉(zhuǎn)換器臂導(dǎo)通的同時(shí)高壓模塊被用于提供電壓階躍的實(shí)施例中，在轉(zhuǎn)換器臂中用于串聯(lián)連接高壓電容器的第二開(kāi)關(guān)元件205應(yīng)當(dāng)是例如IGBT等的可控開(kāi)關(guān)元件，而不是僅僅包括例如二極管的不可控制開(kāi)關(guān)。
[0087]應(yīng)當(dāng)理解，轉(zhuǎn)換器臂的鏈?zhǔn)诫娐返亩鄠€(gè)單元103可因此設(shè)計(jì)為所容忍的最大電壓差小于在使用中轉(zhuǎn)換器臂兩端的最大電壓差，并且應(yīng)當(dāng)理解，在轉(zhuǎn)換器臂關(guān)斷狀態(tài)下，高壓模塊自身可能無(wú)法提供足夠的電壓阻斷。例如，轉(zhuǎn)換器臂的鏈?zhǔn)诫娐返亩鄠€(gè)單元103可設(shè)計(jì)為所容忍的最大電壓差等于DC端子處的直流電壓的幅值，即Vdc，并且高壓模塊可以提供在幅值上等于說(shuō)是0.5VDe的用于電壓阻斷的電壓。在這種情況下，高壓模塊在轉(zhuǎn)換器臂關(guān)斷狀態(tài)下自身可能無(wú)法提供足夠的電壓阻斷?？梢韵氲?，在AC端子處的電壓通常從大致等于高側(cè)直流電壓電平變化到大致等于低側(cè)直流電壓-V %的電平，由此每個(gè)轉(zhuǎn)換器臂將在某點(diǎn)經(jīng)歷2VDe的電壓差。
[0088]因此，在一些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器臂可以包括至少兩個(gè)高壓模塊202a和202b，如圖8所示。在轉(zhuǎn)換器關(guān)斷狀態(tài)下，組合在一起的高壓模塊能夠提供足夠的電壓支持，但高壓模塊中的一者可單獨(dú)用于在波形整形期間提供電壓階躍。例如，總地說(shuō)來(lái)，兩個(gè)高壓模塊能夠提供在幅值上等于DC端子的電壓(例如，Vdc)的阻斷電壓。在一些實(shí)施例中，每個(gè)模塊能夠提供0.5VDC的電壓階躍，但是在一些實(shí)施例中，模塊可以提供不同的電壓比率。高壓模塊中的一個(gè)模塊，例如模塊202a，可如上所述地在轉(zhuǎn)換器關(guān)斷狀態(tài)下用于電壓阻斷。換言之，可對(duì)模塊202a進(jìn)行控制，從而當(dāng)轉(zhuǎn)換器臂處于接通狀態(tài)并導(dǎo)通時(shí)旁路模塊的電容器，而當(dāng)轉(zhuǎn)換器臂處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)串聯(lián)連接電容器。另一高壓模塊202b既可用于在重疊時(shí)段期間提供電壓階躍，又可在處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)用于電壓阻斷。
[0089]附加或備選地，附加的電壓阻斷支持可以通過(guò)例如圖9所示的一個(gè)或多個(gè)臂開(kāi)關(guān)元件來(lái)提供。圖9示出了共用的高壓模塊501，其具有能夠提供等于0.5VDe的電壓階躍的高壓電容器206。此外，每個(gè)轉(zhuǎn)換器臂包括具有至少0.5VDe的電壓承受能力的至少一個(gè)臂開(kāi)關(guān)元件901。該臂開(kāi)關(guān)元件901或每個(gè)臂開(kāi)關(guān)元件可包括一個(gè)或多個(gè)控制開(kāi)關(guān)元件，例如IBGT等。在使用中，當(dāng)相關(guān)的轉(zhuǎn)換器臂處于接通狀態(tài)并導(dǎo)通時(shí)，臂開(kāi)關(guān)元件可控制為導(dǎo)通。在一些實(shí)施例中，在臂部處于如上所述的接通狀態(tài)期間高壓電容器206可控制為提供電壓階躍。在轉(zhuǎn)換器臂的關(guān)斷狀態(tài)下，臂開(kāi)關(guān)元件截止，相關(guān)的轉(zhuǎn)換器臂的至少一個(gè)第一開(kāi)關(guān)元件204也截止，而至少一個(gè)第二開(kāi)關(guān)元件205導(dǎo)通，從而將高壓電容器與相關(guān)的轉(zhuǎn)換器臂的多個(gè)單元103串聯(lián)連接?？傮w來(lái)說(shuō)，高壓電容器206和臂開(kāi)關(guān)元件901為處于關(guān)斷狀態(tài)的轉(zhuǎn)換器臂提供了電壓阻斷支持。
[0090]應(yīng)當(dāng)理解，臂開(kāi)關(guān)元件可以是分離的且不同于高壓模塊501，并且例如可位于轉(zhuǎn)換器臂的鏈?zhǔn)诫娐返亩鄠€(gè)單元103的相對(duì)側(cè)。
[0091]當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施例中，由高壓模塊的高壓電容器所提供的電壓階躍的值可具不同于0.5VDC的值。例如，如果轉(zhuǎn)換器配置為在不同的重疊時(shí)段操作，那么高壓模塊所提供的電壓階躍的值可設(shè)計(jì)為匹配AC端子在重疊時(shí)段的起點(diǎn)上的電壓值。因此，如果例如重疊時(shí)段比上述60°相位角的重疊要短，那么AC端子在重疊時(shí)段起點(diǎn)上的電壓可能低于±0.5VDC，例如±0.3Vdc。因此，轉(zhuǎn)換器臂的高壓模塊可設(shè)置為提供幅值等于0.3VDC的電壓階躍。
[0092]然而，由高壓模塊所提供的電壓階躍的幅值可以不同于AC端子在重疊時(shí)段起點(diǎn)上的電壓幅值。所提供的電壓階躍的幅值可以低于AC端子在重疊時(shí)段起點(diǎn)上的電壓幅值，其中在這種情況下鏈?zhǔn)睫D(zhuǎn)換器的多個(gè)單元103仍然在重疊時(shí)段的起點(diǎn)上提供電壓階躍。例如，如果重疊時(shí)段是如下這種情況，即AC端子在重疊時(shí)段起點(diǎn)上的電壓為±0.5VDC，但是由高壓電容器所提供的電壓階躍為0.4VDe，那么當(dāng)高壓電容器被連接以提供0.4VDe的電壓階躍時(shí)，多個(gè)單元103經(jīng)控制以提供更進(jìn)一步的0.lVDe的電壓階躍。
[0093]在一些實(shí)施例中，所提供的電壓階躍幅值可以高于AC端子在重疊時(shí)段起點(diǎn)上的電壓，在這種情況下，例