用于电力变换器的控制设备制造技术

一种控制设备(20)，被配置为控制链式电压源变换器(1)，所述控制设备包括：两个变换器控制器(21a；21b)，每个变换器控制器被配置为从变换器接收输出的电压和/或电流的测量值并且从中确定控制信号用于控制所述电压源变换器，每个变换器控制器包括至少一个积分器元件，所述积分器元件被配置为当确定所述控制信号时执行积分运算并且输出积分器项；以及选择器，被配置为选择所述变换器控制器中的哪一个将其控制信号提供给所述变换器，其中所述或每个积分器元件被配置为具有第一模式和第二模式两种模式，在第一模式中所述积分器元件确定所述积分器项，在第二模式中由另一个变换器控制器中的对应积分器元件提供所述积分器项。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种在高电压电力传输网络中使用的用于电力变换器的控制设备。尤其，本专利技术涉及一种电压源变换器控制设备。本专利技术还涉及一种将所述控制设备和包括至少一个所述电压源变换器的传输网络合并的电压源变换器。
技术介绍
在高压直流(high voltage direct current，HVDC)电力传输网络中，交流(alternating current，AC)电力通常被变换为经由架空线路和/或海底电缆进行传输的直流(direct current，DC)电力。此变换使得不需要补偿由电力传输介质(即传输线路或电缆)导致的AC电容性负载的影响，并因此降低了线路和/或电缆的每公里成本，因而在需要长距离传输电力时变得具有成本效益。AC电力到DC电力的变换用在需要互连DC电网和AC电网的电力传输网络中。在任何这种电力传输网络中，在AC电力与DC电力之间的每个交接处需要变换器来实现所需的变换，AC到DC或DC到AC。一种这种变换器是电压源变换器(voltage source converter，VSC)。链式变换器是一类电压源变换器。HVDC系统的控制是复杂的，并且需要引入冗余来允许一个控制器故障并且被离线修理的同时另一个控制器维持服务。当这种故障发生时，在控制器之间的切换要求在切换的瞬间具有对AC电压和DC电压波形的最小干扰。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种控制设备，用于控制链式电压源变换器，所述控制设备包括：两个变换器控制器，每个变换器控制器被配置为从变换器接收输出的电压和/或电流的测量值并且从中确定控制信号以用于控制所述变换器，每个变换器控制器包括至少一个积分器元件，所述积分器元件被配置为当确定所述控制信号时执行积分运算并且输出积分器项；以及选择器，被配置为选择所述变换器控制器中的哪一个将其控制信号提供给所述变换器，其中所述或每个积分器元件被配置为具有第一模式和第二模式两种模式，在第一模式中所述积分器元件确定所述积分器项，在第二模式中由另一个变换器控制器中的对应积分器元件提供所述积分器项。这是有利的，因为当使用第一模式和第二模式在控制器之间切换时，可以有效地控制链式电压源变换器的控制器的积分器元件。这两个控制器可以被独立地操作以提供控制信号。然而，由于积分器项能够在控制器之间转移，至少在选择器进行切换的时刻，积分器元件的这两种模式可以被用于提供控制器之间的平滑过渡。积分器元件可以计算过去误差值的积累值，因此，当将控制器被切换为活跃服务时，积分器元件需要表示过去误差值的初始值，据此来计算后续积分器值。在两个控制器的积分器元件之间转移积分器项可以提供稳定的和可靠的初始值。因此，当在控制器之间进行切换时，将一个控制器中的积分器元件的积分器项提供给另一控制器的积分器元件来初始化另一个控制器的积分器元件，这提供了有利的控制设备。每个控制器可以包含多个积分器元件，积分器元件被配置为执行积分运算并且输出积分器项以用于确定所述控制信号，其中所述积分器元件的子集具有两种操作模式，并且剩余的积分器元件被配置为利用预定积分器项来初始化。这是有利的，因为虽然设备可以得利于使一些积分器元件在控制器之间转移积分器项，但是对于其他积分器元件，转移可能增加了系统的复杂性。因此，仅为控制器中一些积分器元件转移积分器项是有利的。因此，在每个控制器中，至少一个积分器元件可以使用第一模式和第二模式来运行，并且至少一个其他积分器元件可以使用可能是固定值的预定积分器项来最初地运行。积分器项可以代表包括偏离设定点的偏差的误差值，所述预定积分器项可以代表零误差。因此，不使用第一和第二模式运行的积分器元件可以被配
置为使用零的初始值来计算它们的积分器项。这可以减小控制设备的复杂性。所述设备被配置为使得当由选择器选择了一个变换器控制器来为变换器提供控制信号时，其积分器元件被从所述第二模式切换至所述第一模式，使得所述积分器元件使用由另一个变换器控制器中的对应积分器元件提供的所述积分器项来初始化其积分器项的确定。所述设备可以被配置为使得当选择器取消选定一个控制器时，被取消选定的控制器的积分器元件被切换至所述第二模式。由此，非活跃控制器跟随活跃控制器的操作，但是使用活跃控制器中对应积分器元件的积分器项。所述选择器可以被配置为在两种模式之间切换所述积分器元件。每个控制器可以包括用于控制DC电力流的一个或多个DC外环元件、使用对称序列分析来确定AC电压需求信号的AC矢量控制元件、以及用于提供切换信号至链式电压源变换器以选择或旁路多个电压源模块中一个的模块选择元件。模块选择元件可以被配置为选择电力变换器的电压源模块以产生所需的电压，并且，可选地，将模块中电容器的电荷状态维持为在每个阀(其包括一组模块)中基本相等。每个控制器可以包括电容器平衡控制元件，其被配置为将偏移电流需求插入到DC电流需求中，以便均衡变换器的分支部中的平均电容器电压并且将电容器电压的平均值设置为设定点。控制器可以包括AC矢量控制元件，其被配置为通过电力变换器调节AC电流。DC外环控制元件可以被配置为根据操作者设置来调节DC系统中的电力或者调节电力变换器的端子处的DC电压。每个控制器可以包括电力等同元件，其被配置为确定AC电力需求，并且在需求可能过多的情况下，限制每相的DC电流需求。积分器元件的所述子集可以包括以下一个或多个：i)积分器元件，被配置为为DC外环控制元件中的DC电压控制提供DC电压控制积分器项；ii)积分器元件，被配置为为DC外环控制元件中的DC电压控制提供DC电力控制积分器项；iii)积分器元件，被配置为为AC矢量控制元件中的正交控制提供AC正交项；iv)积分器元件，被配置为提供用于AC矢量控制元件中的直流正序项；v)积分器元件，被配置为提供用于AC矢量控制元件中的正交正序项；vi)积分器元件，被配置为提供用于AC矢量控制元件中的直流负序项；以及vii)积分器元件，被配置为提供用于AC矢量控制元件中的正交负序项。正序项(直流和正交)可以被考虑为描述通过电力变换器的电力流。负序项可以被考虑为表示表示多相AC系统的相之间的不平衡。可以理解的是，在一些实施例中，基于网络的运行需求，DC电压控制和DC电力控制项可以形成子集的一部分。另外，可以由与电力控制和电压控制相关的独立元件来提供AC正交项和相关积分器元件。被配置为利用预定值来初始化的剩余的积分器项元件可以包括以下一个或多个：i)积分器元件，被配置为提供用于AC矢量控制元件中的直流零负序项；ii)积分器元件，被配置为提供用于AC矢量控制元件中的正交零序项；iii)积分器元件，被配置为提供“共同”或“水平”电容器平衡项，以用于为电容器平衡控制元件中的变换器的每相计算电容器平衡补偿信号；以及iv)积分器元件，被配置为提供“差异”或“竖直”电容器平衡项，以用于为电容器平衡控制元件中的变换器的每相计算电容器平衡补偿信号。在电力变换器包括星形三角形变压器来结合电力变换器输出的相的情形下，零序项可以被忽略。可以理解地是，电容器平衡控制元件可以包括多个积分器元件用于计算偏移值来平衡电力变换器的各个部分中的电容器。在一些实施例中，利用预定值(其可以为零)来初始化用于电容器平衡的所有积分器元件。所述控制设备可以包括故障监控装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制设备，用于控制电压源变换器，所述控制设备包括：两个变换器控制器，每个变换器控制器被配置为从变换器接收输出的电压和/或电流的测量值并且从中确定控制信号以用于控制所述变换器，每个变换器控制器包括至少一个积分器元件，所述积分器元件被配置为当确定所述控制信号时执行积分运算并且输出积分器项；以及选择器，被配置为选择所述变换器控制器中的哪一个将其控制信号提供给所述变换器，其中所述或每个积分器元件被配置为具有第一模式和第二模式两种模式，在第一模式中所述积分器元件确定所述积分器项，在第二模式中由另一个变换器控制器中的对应积分器元件提供所述积分器项。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.06 EP 13275301.31.一种控制设备，用于控制电压源变换器，所述控制设备包括：两个变换器控制器，每个变换器控制器被配置为从变换器接收输出的电压和/或电流的测量值并且从中确定控制信号以用于控制所述变换器，每个变换器控制器包括至少一个积分器元件，所述积分器元件被配置为当确定所述控制信号时执行积分运算并且输出积分器项；以及选择器，被配置为选择所述变换器控制器中的哪一个将其控制信号提供给所述变换器，其中所述或每个积分器元件被配置为具有第一模式和第二模式两种模式，在第一模式中所述积分器元件确定所述积分器项，在第二模式中由另一个变换器控制器中的对应积分器元件提供所述积分器项。2.根据权利要求1所述的控制设备，其中每个控制器包含多个积分器元件，积分器元件被配置为执行积分运算并且输出积分器项以用于确定所述控制信号，其中所述积分器元件的子集具有两种操作模式，并且剩余的积分器元件被配置为利用预定积分器项来初始化。3.根据权利要求2所述的控制设备，其中所述积分器项代表包括偏离设定点的偏差的误差值，所述预定积分器项代表零误差。4.根据任一项前述权利要求所述的控制设备，其中所述控制设备被配置为提供一个控制器中积分元件的积分器项，用于至少当在所述控制器之间切换时来初始化另一个控制器的所述积分器元件。5.根据任一项前述权利要求所述的控制设备，其中所述设备被配置为使得当由选择器选择一个变换器控制器来为变换器提供控制信号时，其积分器元件被从所述第二模式切换至所述第一模式，使得所述积分器元件使用由另一个变换器控制器中的对应积分器元件提供的所述积分器项来初始化其积分器项的确定。6.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中所述设备被配置为使得当选择器取消选定一个控制器时，被取消选定的控制器的积分器元件被切换至所述第二模式。7.根据任一项前述权利要求所述的控制设备，其中所述选择器被配置为
\t在所述两种模式之间切换所述积分器元件。8.根据权利要求2所述的控制设备，其中积分器元件的所述子集包括以下一个或多个：i)积分器元件，被配置为为DC外环控制元件中的DC电压控制提供DC电压控制积分器项；ii)积分器元件，被配置为为DC外环控制元件中的DC电压控制提供DC电力控制积分器项；iii)积分器元件，被配置为为AC矢量控制元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·D·M·奥兹，
申请(专利权)人：通用电气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH