本發明涉及一種用于運行電網的方法、一種多電平轉換器和一種能量供應系統。

背景技術：

一個電網能夠具有多個能量源，通過這些能量源能夠將電能提供給與該電網連接的多個耗電器。在此還可行的是，將該電網分成多個子網，不同的能量源以及耗電器分別與這些子網相關聯。這些不同的子網能夠具有能夠運行這些子網的不同的電壓，其中，這些不同的電壓具有不同的幅值和/或不同的最大值。在此，兩個具有不同電壓的彼此連接的子網通過一個電壓變換器，例如一個直流電壓變換器或一個交流電壓變換器彼此連接。

從文件us5093583a已知一種用于機動車輛的電力系統，該電力系統包括一個低壓電網以及一個高壓電網。在此，由一個發電機產生低電壓，該低電壓饋送給該機動車輛的低壓電網以及變壓器。該變壓器形成為將該低電壓轉換成高電壓，該高壓電網的耗電器還有該低壓電網的耗電器可以用該高電壓并聯地運行。

在文件us20100140003a1中描述用于以交流電供應電動機的方法。在此，根據該電動機的要求，通過至少一次脈沖寬度調制將電壓提供給該電動機，其中在相應地待使用的脈沖寬度調制的多個類型，例如三個類型之間進行選擇。

從文件us20130106365a1已知通過一個外部的能量源給電動車輛的能量存儲器充電。在此可行的是，將該機動車輛的能量存儲器與該外部的能量源電流隔離地或直接地充電。

在文件us20140152089a1中描述一種燃料電池系統，通過該燃料電池系統用電能供應電負載。在此，在相應的燃料電池與相應的電負載之間安排一個逆變器，該逆變器形成為產生相應負載所需要的多相高伏電壓，其中，通過選擇高伏電壓的相位的差來避免干擾性的噪聲。

從文件us20140225432a1已知一種電流變換器，該電流變換器包括三個線圈并且形成為用于在電動車輛的不同的電壓源與電壓網之間交換電能。

在此背景下，本發明的目的在于提供一種方法以及一種裝置，用該方法或該裝置能夠產生具有不同的最大值的電壓，其中，提供有具有第一值的第一電壓的第一耗電器不受提供給第二耗電器的具有第二值的第二電壓的干擾。

技術實現要素：

該目的通過根據下述1所述的方法、根據下述7所述的一種多電平轉換器以及根據下述15所述的一種能量供應系統實現。自下述2-6、8-14和16-18以及說明書中得出該方法、該多電平轉換器和該能量供應系統的多個構型。

1.用于運行電網的方法，該電網包括一個第一子網和一個第二子網，這些子網通過一個變壓器彼此連接并且通過該變壓器彼此電流隔離，其中該變壓器的一個初級側以第一匝數與該第一子網相關聯并且該變壓器的一個次級側以第二匝數與該第二子網相關聯，其中該第一子網具有一個帶有多個單獨模塊的多電平轉換器，其中，每個單獨模塊具有一個電能存儲器，其中由該多電平轉換器提供至少一個第一輸入的交流電壓，該第一輸入的交流電壓用至少一個第二輸入的交流電壓調制，其中將由此得到的電壓提供給該變壓器并且該電壓由該變壓器變換成提供給該第二子網的一個輸出的電壓。

2.根據上述1所述的方法，其中提出的是，該至少一個第一輸入的交流電壓具有一個第一值的幅值和一個第一值的頻率，并且該至少一個第二輸入的交流電壓具有一個第二值的幅值和一個第二值的頻率，其中該至少一個第一交流電壓的幅值的該第一值設定為大于該第二交流電壓的幅值的該第二值，并且其中該至少一個第一交流電壓的頻率的該第一值設定為小于該至少一個第二交流電壓的頻率的該第二值。

3.根據前述1-2之一所述的方法，其中該至少一個第一輸入的交流電壓在該多電平轉換器的一個參考點處用該至少一個第二輸入的交流電壓調制。

4.根據上述3所述的方法，其中將該多電平轉換器的一個中性點選擇為參考點。

5.根據前述1-4之一所述的方法，其中將該至少一個第二輸入的交流電壓調制到該至少一個第一輸入的交流電壓上，其中作為這些輸入的交流電壓的總和來提供所得到的電壓。

6.根據前述1-5之一所述的方法，其中由該多電平轉換器提供多個彼此相位偏移的輸入的第一交流電壓，這些第一交流電壓用該至少一個第二輸入的交流電壓調制。

7.安排在電網中的多電平轉換器，其中該電網包括一個第一子網和一個第二子網，其中這兩個子網能夠通過一個變壓器彼此連接并且能夠通過該變壓器彼此電流隔離，其中該變壓器的一個初級側以第一匝數與該第一子網相關聯并且該變壓器的一個次級側以第二匝數與該第二子網相關聯，其中該多電平轉換器待安排在該第一子網中并且具有多個單獨模塊，其中每個單獨模塊具有一個電能存儲器，其中該多電平轉換器形成為提供至少一個第一輸入的交流電壓并且用至少一個第二輸入的交流電壓進行調制，其中由此得到的電壓提供給該變壓器并且該電壓由該變壓器變換成提供給該第二子網的一個輸出的電壓。

8.根據上述7所述的多電平轉換器，一個控制單元與該多電平轉換器相關聯，該控制單元形成為設定該至少一個輸入的交流電壓的至少一個物理參數的值。

9.根據上述7或8所述的多電平轉換器，其中，至少兩個單獨模塊具有相同的設計。

10.根據上述7至9之一所述的多電平轉換器，該多電平轉換器被設計成由至少一個單獨模塊的能量存儲器的單獨電壓來產生該至少一個第一輸入的交流電壓。

11.根據上述10所述的多電平轉換器，該多電平轉換器被設計成將至少兩個單獨模塊串聯和/或彼此并聯，并且由待彼此組合的該至少兩個單獨模塊的單獨電壓的組合來提供該至少一個第一輸入的交流電壓。

12.根據上述7至10之一所述的多電平轉換器，該多電平轉換器具有多個串，其中每個串具有由多個彼此連接的單獨模塊構成的組合，其中能夠用每個串相應地產生一個第一輸入的交流電壓。

13.根據上述7至12之一所述的多電平轉換器，至少一個額外的能量存儲器與該多電平轉換器相關聯，該能量存儲器形成為提供該至少一個第二輸入的交流電壓。

14.根據上述7至13之一所述的多電平轉換器，其中這些單獨模塊的能量存儲器形成為直流電壓源，其中，該多電平轉換器具有至少一個變換器，該變換器形成為將至少一個單獨模塊的能量存儲器的形成為直流電壓的單獨電壓轉換成交流電壓并且由此提供該至少一個第一輸入的交流電壓。

15.能量供應系統，該能量供應系統具有一個電網，該電網包括一個第一子網和一個第二子網，這些子網通過一個變壓器彼此連接并且通過該變壓器彼此電流隔離，其中該變壓器的一個初級側以第一匝數與該第一子網相關聯并且該變壓器的一個次級側以第二匝數與該第二子網相關聯，其中該第一子網具有一個帶有多個單獨模塊的多電平轉換器，其中每個單獨模塊具有一個電能存儲器，其中該多電平轉換器被設計為提供至少一個第一交流電壓并且用至少一個第二輸入的交流電壓進行調制，其中能夠將由此得到電壓提供給該變壓器，其中該變壓器被設計為將由此得到電壓變換成一個輸出的電壓并且提供給該第二子網。

16.根據上述15所述的能量供應系統，其中該變壓器的初級側的第一匝數大于該變壓器的次級側的第二匝數。

17.根據上述15或16所述的能量供應系統，其中該能量供應系統待安排在機動車輛中。

18.根據上述15至17之一所述的能量供應系統，其中一個電動機器作為耗電器與該第一子網相關聯，該電動機器具有多個相位，其中該多電平轉換器被設計為分別將第一輸入的交流電壓提供給每個相位。

根據本發明的方法設置為用于運行一個電網，該電網包括一個第一子網和一個第二子網，這些子網通過一個變壓器彼此連接并且通過該變壓器彼此電流隔離。在此，該變壓器的一個初級側以第一匝數與該第一子網相關聯并且該變壓器的一個次級側以第二匝數與該第二子網相關聯。該第一子網具有一個帶有多個單獨模塊的多電平轉換器，其中，每個單獨模塊具有一個電能存儲器。由該多電平轉換器提供和/或產生至少一個第一或初級輸入的交流電壓作為輸入電壓，該第一輸入的交流電壓用至少一個第二或次級輸入的交流電壓作為另外的輸入電壓來調制。將由此類調制得到的電壓提供給該變壓器并且由該變壓器變換成提供給該第二子網的一個輸出的電壓作為輸出電壓。

該變壓器的初級側的第一匝數通常大于該次級側的第二匝數。由此，該第一子網并且由此一個高壓電網所得到的交流電壓的最大幅值大于用于該第二車載子網的輸出的交流電壓的幅值，該第二車載子網對應地形成為和/或被稱為低壓電網。

在該方法中提出，該至少一個第一輸入的交流電壓具有一個第一值的幅值和一個第一值的頻率，并且該至少一個第二輸入的交流電壓具有一個第二值的幅值和一個第二值的頻率。在此，該至少一個第一交流電壓的幅值的該第一值通常設定為大于該第二交流電壓的幅值的該第二值。該至少一個第一交流電壓的頻率的該第一值設定為通常小于該至少一個第二交流電壓的頻率的該第二值。替代性地可行的是，該至少一個第一輸入的交流電壓的幅值的該第一值小于該第二輸入的交流電壓的該第二值。此外也可行的是，該至少一個第一輸入的交流電壓的頻率的值大于該第二輸入的交流電壓的頻率的值。

在一個構型中，該至少一個第一輸入的交流電壓在該多電平轉換器的一個參考點處用該至少一個第二輸入的交流電壓調制。在此，例如該多電平轉換器的一個中性點選擇為參考點。

在實施幅值調制的情況下，通常將該至少一個第二輸入的交流電壓調制到該至少一個第一輸入的交流電壓上并且由此與之相加，其中，作為這些輸入的交流電壓的總和來提供所得到的電壓。

此外可行的是，由該多電平轉換器提供多個(例如三個)彼此相位偏移的輸入的第一或初級交流電壓或相位，這些第一或初級交流電壓或相位用該至少一個第二或次級的輸入的交流電壓來調制。在此提出，分別用一個相位獨立地待調節的第二輸入的交流電壓來調制這些第一輸入的交流電壓中的每一者。替代于此，所有第一輸入的交流電壓用相同的第二輸入的交流電壓來調制。

在一個構型中，該至少一個第一輸入的交流電壓或相位用該至少一個第二輸入的交流電壓調制并且由此激發。在此實施的調制相對于該多電平轉換器的參考點(例如在該多電平轉換器的一個端子與該參考點之間)來調節，其中，設置用于該至少一個第一輸入的交流電壓或相位的相應的端子。如果通過該多電平轉換器產生多個第一輸入的交流電壓和由此多個相位時，通過待用于調制的至少一個第二交流電壓來補償這些第一輸入的交流電壓和相位。

包括多個具有能量存儲器的單獨模塊的多電平轉換器同樣形成為和/或被稱為能量存儲器或能量源，通過該多電平轉換器將具有不同頻率的交流電壓提供給這些子網的耗電器。在此，將具有相應地按照需要適配的幅值和頻率的交流電壓提供給該第一子網的耗電器。

此外，通過該變壓器依賴于所得到的交流電壓將該輸出的交流電壓提供給該第二子網的耗電器，其中，該輸出的交流電壓的頻率及幅值依賴于所得到的交流電壓的頻率和幅值以及該變壓器的兩個匝數的比率。

此外，該多電平轉換器具有多個分布式的單獨模塊，其中，由一個相應的單獨模塊的能量存儲器提供直流電壓或交流電壓，其中，對于由一個相應的能量存儲器提供直流電壓的情況，由該多電平轉換器將該直流電壓轉換成交流電壓。

將也稱為多電平逆變器的根據本發明的多電平轉換器或多級轉換器安排在一個電網中，該電網包括一個第一子網和一個第二子網，這些子網通過一個變壓器彼此連接并且通過該變壓器彼此電流隔離，其中，該變壓器的一個初級側以第一匝數與該第一子網相關聯并且該變壓器的一個次級側以第二匝數與該第二子網相關聯。該多電平轉換器安排在該第一子網中并且具有多個單獨模塊，其中，每個單獨模塊具有一個電能存儲器。該多電平轉換器形成為，提供和/或產生至少一個第一輸入的交流電壓作為輸入電壓并且用至少一個第二輸入的交流電壓作為輸入電壓來調制，其中，由該多電平轉換器將所得到的電壓提供給該變壓器，該電壓由該變壓器變換成一個輸出的電壓作為輸出電壓并且提供給該第二子網。

一個控制單元與該多電平轉換器相關聯，該控制單元形成為，設定該至少一個輸入的交流電壓的至少一個物理參數(例如幅值和/或頻率)的值。根據定義，該控制單元形成為和/或被稱為該多電平轉換器的部件。

此外，該多電平轉換器的至少兩個單獨模塊(一般所有的單獨模塊)具有相同設計。

該多電平轉換器形成為，由至少一個單獨模塊的能量源或能量存儲器的單獨電壓產生或提供該至少一個第一輸入的交流電壓，其中，多個輸入的第一交流電壓彼此疊加和/或彼此在時間上相位偏移。

此外，該多電平轉換器形成為，將至少兩個單獨模塊串聯和/或彼此并聯，并且由至少兩個待彼此組合的單獨模塊的單獨電壓的組合來提供該至少一個第一輸入的交流電壓。在此，根據需要接通或切斷個別單獨模塊。

該多電平轉換器具有多個(例如三個)串，其中，每個串具有由多個彼此連接的、通常相同地形成的單獨模塊構成的組合，其中，用每個串可以分別產生一個第一輸入的交流電壓并由此產生相位。該相應的第一輸入的交流電壓的幅值的值依賴于接通或切斷一個相應的串中的哪個單獨模塊以及該串的多個接通的單獨模塊如何彼此串聯和/或并聯連接來設定。

至少一個額外的能量源或至少一個額外的能量存儲器與該多電平轉換器相關聯，該能量源或能量存儲器形成為提供該至少一個第二輸入的交流電壓。

這些單獨模塊的能量存儲器一般形成為直流電壓源。該多電平轉換器具有至少一個變換器，該變換器被設計成將來自至少一個單獨模塊的能量存儲器的形式為直流電壓的單獨電壓轉換成交流電壓并且由此提供該至少一個第一輸入的交流電壓。

通常將該至少一個第二輸入的、高頻率的交流電壓調制到該至少一個第一輸入的、低頻率的交流電壓上。

此外，通過該多電平轉換器，即通過由該多電平轉換器提供而得到的電壓來激發該變壓器的初級側。

該變壓器具有高通特性，其中該變壓器僅考慮所得到的電壓的部分并且將這些部分變換成輸出電壓，這些部分至少與極限頻率一樣大。

根據本發明的能量供應系統包括一個電網，該電網包括一個第一子網和一個第二子網，這些子網通過一個變壓器彼此連接并且通過該變壓器彼此電流隔離，其中，該變壓器的一個初級側具有第一匝數并且與該第一子網相關聯，并且其中，該變壓器的一個次級側具有第二匝數并且與該第二子網相關聯。該第一子網包括一個帶有多個單獨模塊的多電平轉換器，其中，每個單獨模塊具有一個電能存儲器。該多電平轉換器形成為，提供和/或產生至少一個第一輸入的交流電壓或輸入電壓并且用至少一個第二輸入的交流電壓或輸入電壓來調制。將由此得到的電壓提供給該變壓器。該變壓器形成為，將由此得到的電壓變換成一個輸出的電壓或輸出電壓并且提供給該第二子網。

在一個構型中，該變壓器的初級側的線圈的第一匝數大于該變壓器的次級側的線圈的第二匝數。替代性地可以設想的是，該初級側的線圈的第一匝數小于該次級側的線圈的第二匝數。

該能量供應系統例如待安排在機動車輛中。

此外，一個電動機器作為耗電器與該第一子網相關聯，該電動機器具有多個相位，其中，該多電平轉換器形成為將一個第一輸入的交流電壓分別提供給每個相位。

在一個構型中，所提出的根據本發明的多電平轉換器形成為所提出的根據本發明的能量供應系統的部件，其中，通過該多電平轉換器和/或該能量供應系統向該網的耗電器(即，該第一子網的通常形成為電動機器的至少一個耗電器以及該第二子網的至少一個耗電器)供應電能。在此，在一個構型中提出，將一種此類的電動機器作為電動機運行，通過該電動機將電能轉換成機械能。替代性地或補充地也可行的是，根據要求將該電動機器作為發電機運行。

如果該能量供應系統和該網設置為用于機動車輛，則該網也形成為和/或被稱為該機動車輛的車載電網。對應地，這兩個子網形成為和/或被稱為該機動車輛的子車載電力系統，這些子車載電力系統用幅值或最大值的大小不同的電壓運行。在這種情況下還提出，在該電動機器作為電動機運行的情況下，該電動機器作為該第一子網(該第一子網的電壓具有大的幅值)的耗電器形成為用于驅動或移動該機動車輛。如果該電動機器替代于此作為發電機運行，則通過該電動機器能夠將該機動車輛的機械能例如在回收運行(rekuperationsbetrieb)中轉換成電能，其中，能夠將在此提供的電能存儲在該電網的一個能量存儲器中。該第二子網(該第二子網的電壓具有較小的幅值)的一個耗電器形成為例如用于實施該機動車輛的控制功能。

所提出的根據本發明的方法通過該多電平轉換器和/或該能量供應系統實施，其中，通過該多電平轉換器和/或該能量供應系統控制并且由此操縱和/或調節該方法。

如果該第一子網以比該至少一個第二子網更高的電壓運行，則在一個構型中通過該多電平轉換器對該變壓器的至少一個初級側和由此一個初級線圈或繞組產生激發，該多電平轉換器例如也形成為和/或被稱為高電壓多電平轉換器。該至少一個第一輸入的交流電壓(該交流電壓由該多電平轉換器提供并且通過該交流電壓能夠供應該第一子網的耗電器)的頻率的值一般來說相對低并且為最大兩千赫茲。相反，該至少一個第二輸入的交流電壓(該交流電壓用于調制該至少一個第一輸入的交流電壓)的頻率大于該至少一個第一輸入的交流電壓的頻率的值。

該多電平轉換器例如形成為模塊化多電平轉換器(modularmultilevelconverter，mmc)或mmspc。在s.m.goetz、a.v.peterchev和t.weyh的文件“modularmultilevelconverterwithseriesandparallelmoduleconnectivity:topologyandcontrol(具有串聯和并聯模塊連接的模塊化多電平轉換器：拓撲結構與控制)”(ieeetransactiononpowerelectronics)中描述形成為mmspc的多電平轉換器。

該至少一個待產生的第一輸入的交流電壓一般具有高動態性。該至少一個第一輸入的交流電壓的幅值的值通常比該至少一個第二輸入的交流電壓的幅值的值大多個數量級。通過組合由該多電平轉換器疊加的多個第一輸入的交流電壓，這些第一輸入的交流電壓的所謂的頻率多路復用是可行的，其中，能夠從該多電平轉換器出發供應以此方式彼此組合的第一輸入的交流電壓以用于供應該第一子網的耗電器。

通過選擇這兩個線圈中的至少一者或該變壓器的電感的值來設定該變壓器的高通特性，其中，該相應的線圈的電感依賴于其匝數。

對該變壓器的激發通過所得到的電壓的頻率和/或幅值的值來設定，該電壓由該多電平轉換器從這些輸入的交流電壓提供。在此，這些第一輸入的交流電壓的至少幅值和/或頻率適配于該第一子網的耗電器的要求。在由該多電平轉換器待實施的調制的范圍內實施幅值調制。待實施的調制僅對于一個第一輸入的交流電壓并且由此對于一個第一相位、或者對于多個第一輸入的交流電壓并且由此對于多個相位是能夠實行的，其中，在最后提及的情況中，將這些輸入的第一交流電壓互相補償。

在一個構型中，該變壓器的次級側與至少一個整流器并且由此能夠與由多個整流器構成的拓撲相連接，其中，該第二子網的至少一個耗電器進而連接到該至少一個整流器處，其中，由該變壓器提供的輸出的交流電壓由該至少一個整流器轉換成直流電壓。該至少一個整流器通常形成為主動或被動的并且一般具有至少一個交流電壓調節階段或dc調節階段，該調節階段例如形成為用于110v或240v電壓的降壓階段、升壓階段或降壓-升壓階段。由該至少一個整流器構成的拓撲形成為至少單脈沖的或多脈沖的，例如單脈沖至十二脈沖的。為了主動調節該至少一個整流器，例如使用一個形成為場效應晶體管(fet)的半導體模塊。為了被動調節例如使用至少一個二極管。

在該方法、該多電平轉換器和/或該能量供應系統的第一可行的實施方式中提出，該第一子網形成為高壓供應網絡并且該第二子網形成為低壓供應網絡。在此，該第二子網在一個構型中具有至少一個單獨的能量存儲器，例如一個電容器和/或電池。在此，該第一子網的平均功率需求比該第二子網的平均功率需求高多倍，例如高五倍。如果該能量供應系統和由此該電網用于機動車輛，具有例如12v的最大電壓的第二子網的平均功率需求為1kw至3kw。相反，該第一子網的功率需求根據待驅動的機動車輛的構型為例如20kw至400kw以用于驅動該機動車輛。

在待通過該多電平轉換器實施的調制的情況下，通過該至少一個第二輸入的交流電壓將額外的功率饋送至該第一子網中并且在此加入該第一子網的動態功率調節中。為了該第一子網的當前的功率(該功率由基于該至少一個第一輸入的交流電壓的實際的額定電流曲線或額定電壓曲線產生)遵循當前的調節額定值(regelsoll)，該當前的功率僅在時間平均中滿足該第二子網的功率需求并且由此滿足該第二子網的耗電器和/或能量存儲器的功率需求。由該第一子網的瞬時功率需求與該第二子網的平均功率構成的這兩個條件決定由該待實施的調制的程度與一個額定電壓曲線或額定電流曲線的功率的程度構成的兩個自由度。

在第二實施方式中，用于激發在該第一子網中的變壓器的調制對于該第一子網的至少一個耗電器(例如用于驅動該機動車輛的至少一個電動機器)是不可見的。通過消除在該第一子網中得到的交流電壓的高頻率分量來降低該第一子網的耗電器的靜電負載。這例如涉及形成為電動機器的至少一個耗電器的絕緣，通過該絕緣尤其限定該耗電器的使用壽命。在一個構型中，通過使用該多電平轉換器的自由度作為物理電路，相對于該電路的參考點實施調制。在此，該參考點例如對應于通常多相的多電平轉換器或多電平逆變器的一個中性點。在此，在該耗電器(例如該多相的電動機器)的一個相位的端子與該參考點之間實施調制。如果該耗電器具有至少一個中性點(即，一個中性點或多個中性點)，例如在該電動機器的三相星形繞組的情況下就是這種情況，則不能將該三相星形繞組與該參考點連接。替代于此，在該耗電器的相位的其他端子處并行地實施調制，其中，該調制僅存在于這些相位的端子和由此該參考點之間，而不存在于該耗電器的端子之間。在此，將該參考點作為該變壓器的端子使用。

通過所提出的多電平轉換器或多電平逆變器能夠提供具有低失真的所得到的電壓，由此避免其他電氣設備的干擾。在該第一子網內，該電動機器使用由該多電平轉換器提供的電能以用于驅動該機動車輛。在此可行的是，從該多電平轉換器出發以電壓控制的方式運行該電動機器。

該多電平轉換器例如形成為在一個中性點處具有一個中性導體的中性點鉗位(npc)轉換器、形成為快速電容器、形成為模塊化多電平轉換器或mmspc，通過該多電平轉換器提供多個電壓，例如交流電壓或三相電流電壓，產生這些電壓以用于至少一個用于驅動該機動車輛的電動機器。設置為用于進行供應的此類電壓在該高壓區域中具有大于60伏特、通常大于200伏特的值并且一般由多個能量存儲器(例如高壓存儲器)饋送。該多電平轉換器的至少一個輸出端與該至少一個高壓存儲器電流隔離。如果該多電平轉換器具有多個輸出端，這些輸出端同樣彼此電流隔離。

通過具有該多電平轉換器的第一子網，能夠用電能供應該電動機器，其中，該第一子網形成為和/或被稱為高壓系統。相反，該第二子網形成為和/或被稱為低壓系統，通過該低壓系統用電能供應其他的耗電器，例如該機動車輛的照明裝置、輔助單元、控制或操縱模塊或通信裝置。該第二子網例如具有12v、24v或48v的最大電壓。相反，該第一子網具有顯著更高的例如110v或240v的電壓。

所有的子網通過該變壓器彼此電流隔離，使得在該第二子網中的實際的半導體損傷不能產生與該第二子網的導電連接以及因此致命的接觸電壓。為了提供電能而使用的多電平轉換器具有很小的重量并且僅需要很小的構造空間。通過該多電平轉換器能夠用至少一個變換器實現電流隔離的轉換功能。例如模塊化的多電平轉換器在一個構型中形成為m2spc(模塊化多電平并聯/串聯轉換器)并且包括電容器和/或電池作為該多電平轉換器的多個能量存儲器或單獨模塊的部件。

將包括多個單獨模塊的多電平轉換器用作該能量供應系統的中央能量存儲器，其中，通過在該第一子網的內部的多電平轉換器產生高電壓。從該多電平轉換器的第一高電壓出發，通過該變壓器提供用于該第二子網的相對低的電壓，其中，這兩個子網通過該變壓器額外地電流隔離。由該多電平轉換器提供的電壓僅經受很小的波動。通過該多電平轉換器，作為能量存儲器的多個電池是動態地可再配置的并且由此也用于機動車輛。

在一個構型中，通過通常模塊化的多電平轉換器由這些單獨模塊的多個能量存儲器(這些能量存儲器例如形成為直流電壓源)產生用于該第一子網的交流電壓，該第一子網具有高的電壓值。代替待在其他情況下使用的變換器，在所提出的能量供應系統的情況下將該第二子網通過該變壓器與該第一子網連接，其中能夠在這兩個子網之間實現能量交換。該變壓器通過通常低的第二輸入的交流電壓(該交流電壓調制到該第一輸入的交流電壓上)供應以電能。該第二輸入的交流電壓被調制到該多電平轉換器的至少一個相位(一般所有相位)上。在此能夠合適地選擇的一個參考點可阻止經調制的第二輸入的交流電壓影響該電動機器的運行。

從說明書和附圖中得出本發明的其他優點和構型。

不言而喻，以上提到的這些特征以及仍將在以下說明的特征不僅能夠在對應引用的組合中使用，而且還可在其他組合中或者單獨使用而不脫離本發明的范圍。

附圖說明

本發明借助于在附圖中的實施方式示意性示出并且參照附圖予以示意性及詳細的說明。

圖1以示意性圖示示出了由現有技術中已知的電路。

圖2以示意性圖示示出了根據本發明的多電平轉換器的第一實施方式和用于實施根據本發明方法的第一實施方式的圖表。

圖3以示意性圖示示出了根據本發明的能量供應系統的第一實施方式。

圖4以示意性圖示示出了根據本發明的能量供應系統的第二實施方式。

圖5以示意性圖示示出了根據本發明的多電平轉換器的第一實施方式和用于實施根據本發明方法的一個另外的實施方式的圖表。

相關聯地并且綜合性地描述這些附圖。相同的部件與相同的參考號相關聯。

具體實施方式

在圖1a中示意性示出的電路2包括一個能量源4和一個高壓負載6，該能量源和該高壓負載通過一個逆變器8連接，該逆變器形成為將由該能量源4產生的直流電壓轉換成交流電壓并且提供給該高壓負載6。

在此可行的是，如圖1b中的圖表所示，通過相位角控制來產生可變的平均電壓。替代性的是，如圖1c中的圖表所示，通過三點脈沖寬度調制產生可變的平均電壓。

在圖2a中示意性地示出的根據本發明的多電平轉換器10的第一實施方式包括具有四個單獨模塊14a、14b、14c、14d的第一串12，同樣具有四個單獨模塊18a、18b、18c、18d的第二串16和具有四個單獨模塊22a、22b、22c、22d的第三串20。在此可行的是，將這些所述的串12、16、20中的每一者也稱為該多電平轉換器10的臂。在此模塊化的多電平轉換器例如形成為mmc、mmspc或matroschka轉換器，在德國專利申請de102015112513中描述該多電平轉換器。這些單獨模塊14a、14b、14c、14d、18a、18b、18c、18d、22a、22b、22c、22d中的每一者包括至少一個能量存儲器，例如電容器或電池，因此，該多電平轉換器10具有多個分布式的能量存儲器。在此，通過該第一串的這些單獨模塊14a、14b、14c、14d的能量存儲器向一個電動機器的第一相位提供能量。通過該第二串16的這些單獨模塊18a、18b、18c、18d向該電動機器的第二相位提供電能。此外，通過該第三串20的這些單獨模塊22a、22b、22c、22d向該電動機器的第三相位提供能量。

附圖2b、2c、2d分別包括具有橫坐標24和縱坐標26的圖表，沿著該橫坐標24標記時間，沿著該縱坐標標記電壓的值。在此，圖2b中的第一個圖表示出一個第一輸入的交流電壓的曲線28，耗電器或負載(在此該電動機器)需要該交流電壓。在此提出，該機器在未進一步示出的第一子網內與該多電平轉換器10直接連接。一個另外的耗電器(該耗電器需要具有比在該第一子網中的第一耗電器更小的值的交流電壓)安排在一個未進一步示出的第二子網中，該第二子網通過一個電流隔離的晶體管與該第一子網連接。

該第二耗電器的第二輸入的交流電壓的曲線30在圖2c的第二個圖表中示出，其中，比較圖2b與2c中的圖表顯示：用于該第一耗電器的該第一輸入的交流電壓具有比該第二耗電器的第二輸入的交流電壓更高的幅值。相反，該第二耗電器的第二輸入的交流電壓的頻率具有比該第一耗電器的第一輸入的交流電壓更高的頻率。在實施根據本發明的方法的實施方式的情況下，在圖2c的圖表中示出的具有該曲線30的第二輸入的交流電壓加合到圖2b中的具有該曲線28的第一輸入的交流電壓上，其中，產生如在圖2d中所示的具有曲線32的所得到的電壓，該電壓在調制該第一輸入的交流電壓與該第二輸入的交流電壓的情況下作為總電壓產生并且用于激發該變壓器的初級側。

在圖3中示意性示出的能量供應系統40的第一實施方式包括一個第一子網42和一個第二子網44。該第一子網42包括根據本發明的多電平轉換器46的第二實施方式，該多電平轉換器進而具有三個彼此并聯連接的串47、49、51或臂，其中，一個此類的第一串47具有一個第一單獨模塊48a、一個第二單獨模塊48b、一個第三單獨模塊48c和一個第四單獨模塊48d。該多電平轉換器46的一個第二串49具有一個第一單獨模塊50a、一個第二單獨模塊50b、一個第三單獨模塊50c和一個第四單獨模塊50d。此外，該多電平轉換器46包括一個第三串51，該第三串具有一個第一單獨模塊52a、一個第二單獨模塊52b、一個第三單獨模塊52c和一個第四單獨模塊52d。在此，所有單獨模塊48a、48b、48c、48d、50a、50b、50c、50d、52a、52b、52c、52d分別具有一個形成為電池或電容器的能量存儲器。

該多電平轉換器46還包括一個控制單元54和一個另外的能量存儲器56。該多電平轉換器46的一個串47、49、51分別與一個耗電器58的總共三個相位u、v、w中的一個相位相關聯，該耗電器在此形成為電動機器。

在運行該多電平轉換器46的情況下，通過該控制單元54設定一個第一輸入的交流電壓的幅值的值，該交流電壓被提供給該耗電器58的一個相應的相位u、v、w。在此，具有這些單獨模塊48a、48b、48c、48d的第一串47與第一相位u相關聯。具有這些單獨模塊50a、50b、50c、50d的第二串49與該耗電器58的第二相位v相關聯。此外，具有這些單獨模塊52a、52b、52c、52d的第三串51與該耗電器58的第三相位w相關聯。

所有單獨模塊48a、48b、48c、48d、50a、50b、50c、50d、52a、52b、52c、52d以相同方式形成并且分別具有一個同類的能量存儲器，通過該能量存儲器相應地提供交流電壓，該交流電壓的幅值具有相同的值。根據提供給一個相應的相位u、v、w的交流電壓的幅值應該具有多大的值，由該控制單元54在一個相應的串47、49、51內激活至少一個單獨模塊48a、48b、48c、48d、50a、50b、50c、50d、52a、52b、52c、52d、一般多個單獨模塊48a、48b、48c、48d、50a、50b、50c、50d、52a、52b、52c、52d，其中，根據該交流電壓的待提供的幅值的值將例如在一個相應的串47、49、51內的至少兩個單獨模塊48a、48b、48c、48d、50a、50b、50c、50d、52a、52b、52c、52d彼此串聯和/或并聯連接。

在此提出，該第一子網42用比該第二子網44的第二電壓更高的電壓運行。在此，兩個子網42、44通過一個電流隔離的變壓器60彼此連接，其中，該變壓器60的初級側與該第一子網42相關聯并且該變壓器60的次級側與該第二子網44相關聯。此外，一個整流器62在該第二子網44內連接在該變壓器60下游，一個能量存儲器64連接到該整流器。

此外，對于該多電平轉換器46限定一個參考點66，該參考點在此處于該多電平轉換器46的最小電勢。在此，該變壓器60的初級側一方面與該參考點66連接。此外，該初級側還與一個連接點連接，該連接點將該多電平轉換器46的第三串51與該耗電器58的第三相位w連接。

在實施根據本發明方法的實施方式的情況下，通過相應的串47、49、51的這些單獨模塊48a、48b、48c、48d、50a、50b、50c、50d、52a、52b、52c、52d提供三相系統。

在此，該第一串47與該耗電器58的第一相位u相關聯、該第二串49與第二相位v相關聯并且該第三串51與第三相位w相關聯。在該方法中，該參考點66的電勢沒有明確確定，而是作為虛擬的中性點調節到這三個相位u、v、w的中點電壓。

在該方法的一個實施方式中，將一個第二輸入的交流電壓作為高頻率的高次諧波調制到在該第三相位w與該參考點66之間的一個第一輸入的交流電壓上，該第一輸入的交流電壓作為該變壓器60的輸入用于電流隔離，然而同時對于該耗電器58而言是不可見的。這例如于是當相應的一個相位u、v、w與該參考點66之間的電壓vw-r、vu-r和vv-r完全相同時實現，其中，對于在相應的兩個相位u、v、w之間的電壓的差適用vu-v＝vu-r-vv-r、vu-w＝vu-r–vw-r和vu-w＝vu-r＝vw-r。

用在此形成為三相mmspc的多電平轉換器46通過該變壓器60實現對該第二子網44的耗電器進行整合的電流隔離式的供應。

圖4示意性示出的該能量供應系統70的根據本發明的第二實施方式包括一個第一子網72和一個第二子網74。該第一子網72包括根據本發明的多電平轉換器76的第三實施方式。在此提出，該多電平轉換器76的第三實施方式形成為與該多電平轉換器46的第二實施方式在很大程度上結構相同。此外，根據本發明的能量供應系統70的第二實施方式的這兩個子網72、74包括與圖3中根據本發明的能量供應系統40的第一實施方式相同的部件。

在此，對于該耗電器58的相應的相位u、v、w，也通過串聯和/或并聯連接一個相應的串47、49、51的這些單獨模塊48a、48b、48c、48d、50a、50b、50c、50d、52a、52b、52c、52d來提供具有第一值的最大幅值。此外，將一個第二或次級輸入的交流電壓調制到該至少一個第一或初級輸入的交流電壓上，該第二或次級輸入的交流電壓的幅值具有更低的第二值。然而，該第二輸入的交流電壓具有比該第一輸入的交流電壓更高的頻率。

該能量供應系統70的第二實施方式與圖3的第一實施方式的不同之處在于：該變壓器60在這兩個子網72、74之間的初級側連接至該參考點66以及一個在該多電平轉換器46的第三串51的一個第三模塊52c和一個第四單獨模塊52d之間的端子。

圖5a同樣示出由圖2a中已知的根據本發明的多電平轉換器10的第一實施方式。

在此，在圖5a中還示出一個水平的箭頭13，沿著該箭頭得出該多電平轉換器10的一個相-相電壓，該電壓在此對應于在相應的兩個串12、16、20之間的這些交流電壓之間的電壓差。沿著一個豎直取向的箭頭15得出一個相應的串12、16、20的相應的第一或初級輸入的交流電壓的值，該交流電壓依賴于一個相應的串12、16、20具有多少單獨模塊14a、14b、14c、14d、18a、18b、18c、18d、22a、22b、22c、22d從而有助于提供基于這些單獨模塊14a、14b、14c、14d、18a、18b、18c、18d、22a、22b、22c、22d的串聯和/或并聯連接的相應的第一針對串的或針對相位的輸入的交流電壓。

附圖5b、5c、5d分別包括具有橫坐標24和縱坐標26的圖表，沿著該橫坐標24標記時間，沿著該縱坐標標記電壓的值。在此，圖5b中的該第一圖表包括一個第一初級的輸入的交流電壓或相位的曲線80，該交流電壓或相位通過連接(即，通過串聯和/或并聯連接)該多電平轉換器的第一串12的這些單獨模塊14a、14b、14c、14d來提供。第二曲線82示出該多電平轉換器10的一個第二初級的輸入的交流電壓或相位，該交流電壓或相位通過該多電平轉換器的包含這些單獨模塊18a、18b、18c、18d的第二串16來提供。第三曲線84示出一個第三初級的輸入的交流電壓或相位，該交流電壓或相位通過連接該多電平轉換器10的第三串20的這些單獨模塊22a、22b、22c、22d提供。在此，這三個初級的和由此第一輸入的交流電壓具有相同的頻率和相同的幅值。此外，這些初級的輸入的交流電壓彼此相位偏移120°。

圖5c中的圖表示出一個第二或次級輸入的交流電壓的曲線86，該交流電壓進而調制到這三個初級輸入的交流電壓上。

在圖5d的圖表中示出由此得到的電壓(在此為得到的交流電壓)的曲線88、90、92。

在此也提出，該多電平轉換器10安排在一個第一子網中，該子網同樣具有一個三相的耗電器，將這三個初級的輸入的交流電壓提供給該三相的耗電器。此外，該子網通過一個變壓器與一個第二子網連接，其中，在該第一子網內的電壓的幅值的值大于在該第二子網中的電壓的幅值的值。

圖5e以示意性圖示示出該第一子網的一個耗電器的控制器94，通過該第一子網的三個相位u、v、w由該多電平轉換器10提供這三個初級的輸入的交流電壓，這些交流電壓的曲線80、82、84在圖5b中示出。在此，該第一相位u與該多電平轉換器10的第一串12相關聯、該第二相位v與該第二串16相關聯并且該第三相位w與該第三串20相關聯。此外，由該多電平轉換器10的一個控制單元96產生該第二或次級輸入的交流電壓，該交流電壓的曲線86在圖5c的圖表中示出。將該第二輸入的交流電壓疊加在這三個第一輸入的交流電壓上并且提供給該耗電器，在此為一個電動機器。

由此，在對該電動機器實施調節的情況下由該控制單元96提供這些第一輸入的針對相位的交流電壓u、v、w或針對相位的電流。(替代性地可行的是，該控制單元96與該多電平轉換器10相關聯并且形成為監控該電動機器的運行并且基于該運行設定這些交流電壓和/或電流。)

除其他之外用于控制該多電平轉換器10的一個直流電壓變換器的控制單元96產生具有時間可變的幅值和/或頻率的高頻率的第二輸入的交流電壓，該控制單元例如設置為用于調節該第二子網的耗電器的功率。因為該第二輸入的交流電壓被調制到所有三個第一輸入的交流電壓或相位上，該第二輸入的交流電壓對于該第一子網的耗電器或電動機器而言是不可見的。同時，該第二輸入的交流電壓對應于該耗電器的參考點以及該多電平轉換器10的至少一個參考點之間的差，其中，該至少一個此類的參考點通常形成為中性點。