一种电压源变换器(30)，用于互连第一和第二电网(44，46)，该电压源变换器(30)包括：第一和第二端子(32，34)，用于连接至第一电网(44)；以及初级变换器臂(36a)，在第一和第二端子(32，34)之间延伸，初级变换器臂(36a)包括由第三端子(42)分隔开的第一和第二初级臂部(38，40)，第三端子(42)能够连接至第二电网(46)，每个初级臂部(38，40)包括至少一个开关元件(50)和/或第一链式变换器，每个初级臂部(38，40)能够操作以被切换进和切换出在第三端子(42)与第一和第二端子(32，34)中的相应一个之间的电路，每个初级臂部(38，40)能够操作以在第三端子(42)与第一和第二端子(32，34)中的相应一个之间传送电力；至少一个第二链式变换器(58)，连接至第三端子(42)，所述或每个链式变换器(58)包括多个链式模块(60)，多个链式模块(60)中的每一个能够选择性地操作以提供电压源，其中所述或每个链式变换器(58)包括控制单元，配置为选择性地操作多个链式模块(60)以产生不连续脉冲宽度调制电压波形；以及控制器(62)，配置为选择性地操作所述或每个链式变换器(58)以控制在第三端子(42)处的不连续脉冲宽度调制电压波形的形态，控制器(62)包括所述或每个控制单元，控制器(62)被配置为在不连续脉冲宽度调制电压波形的相应未调制时间段期间选择性地控制将每个初级臂部(38，40)切换进在第三端子(42)与第一和第二端子(32，34)中的相应一个之间的电路，控制器(62)被配置为选择性地协调初级臂部(38，40)和所述或每个第二链式变换器(58)的操作以控制在第三端子(42)处的不连续脉冲宽度调制电压波形的形态。
【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包括链式变换器的电压源变换器。
技术介绍
在电力传输网络中，交流(AC)电力通常被转换为经由架空线路和/或海底电缆进行传输的直流(DC)电力。此转换不需要补偿由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。当需要长距离传输电力时，从AC到DC的变换因而变得具有成本效益。AC电力到DC电力的变换还用于需要互连在不同频率下运行的AC网络的电力传输网络。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，并且一种此类形式的变换器是电压源变换器(VSC)。已知在电压源变换器中使用带有绝缘栅双极晶体管(IGBT)14的六开关(两电平)变换器拓扑结构10和三电平变换器拓扑结构12，如图1a和图1b所示。IGBT器件14串联连接在一起并一同切换以实现10MW至100MW的高额定功率。另外，在AC电源频率的每个周期中，IGBT器件14在高电压下导通和关断若干次以控制被馈送到AC电网的谐波电流。这导致高损耗、高电平的电磁干扰和复杂的设计。还已知在电压源变换器中使用多电平变换器布置，诸如如图1c所示。多电平变换器布置包括串联连接的单元18的相应变换器桥16。每个变换器单元18包括与电容器22并联连接的一对串联连接的绝缘栅双极晶体管(IGBT)20。各个变换器单元18不同时切换并且变换器电压阶跃相对较小。在这种多电平变换器布置中，每个变换器单元18的电容器22被配置为具有足够高的电容值以便限制电容器端子处的电压变化，并且由于IGBT 20有限的额定电
压，所以需要大量的变换器单元18。在每个变换器桥16中还需要电抗器24，以限制在变换器臂26之间流动的瞬时电流，从而使变换器臂26的并联连接和操作成为可能。这些因素导致具有大量的储存电能的昂贵的、大型和重型的设备，这使得设备的预组装、测试和运输困难。
技术实现思路
提供了一种链式变换器，包括多个链式模块，所述多个链式模块中的每一个能够选择性地操作以提供电压源，其中链式变换器包括控制单元，配置为选择性地操作多个链式模块以产生不连续脉冲宽度调制(dPWM)电压波形。由多个链式模块产生的dPWM电压波形是使用脉冲宽度调制由多个链式模块产生的电压波形，并且包括未调制时间段，在该未调制时间段期间，多个链式模块不主动地操作。在链式变换器中提供控制单元使得链式变换器能够产生dPWM电压波形，从而导致在对应的电流波形中的低总谐波失真(THD)。对应的电流波形的低THD消除了对于用来满足电网规程要求的昂贵和笨重的滤波设备的需要。这不仅降低了链式变换器的总体成本、尺寸和占用空间，而且还消除了由滤波设备的运行导致的电力损耗的发生，因而提高了链式变换器的效率。此外，避免了对用于控制这种滤波设备的专用和精密控制系统的需要，因而简化了链式变换器的总体控制。另外，在由链式变换器产生的dPWM电压波形中，未调制时间段的存在减少了链式变换器的主动操作的时间段，因而减少了由这种主动操作导致的损失。控制单元可以被配置为选择性地操作多个链式模块，以将相移添加到dPWM电压波形的零序分量，从而减少或消除了在以下二者之间的相位差：在产生dPWM电压波形期间出现的峰值电流；与dPWM电压波形的未调制时间段。相移的大小可以由有功和无功功率需求计算得出。将相移添加到dPWM电压波形的零序分量的能力使得dPWM电压波形的优化能够修改由多个链式模块的主动操作导致的损失，以遵守相关电力应
用的具体要求。减少或消除了在产生dPWM电压波形期间出现的峰值电流与dPWM电压波形的未调制时间段之间的相位差允许峰值电流更紧密或更精确地与多个链式模块不主动地操作的未调制时间段保持一致。这因此减少或消除了接近峰值电流或在峰值电流处由多个链式模块的主动操作导致的损失，从而降低了由多个链式模块的主动操作导致的总体损失。与对应于dPWM电压波形而没有额外相移的电流波形相比，对应于dPWM电压波形而没有额外相移的电流波形的THD更高，但在绝对数量上仍是低的。DPWM电压波形的未调制时间段可以取决于所产生的dPWM电压波形的所需特性而变化，以满足相关电力应用的具体要求。例如，dPWM电压波形的未调制时间段可以小于、大于或等于60电角度。每个链式模块的配置可以改变，以满足相关电力应用的具体要求。例如，多个链式模块中的每一个可包括至少一个开关元件和至少一个能量储存装置，每个链式模块中的所述或每个开关元件和所述或每个能量储存装置结合以选择性地提供电压源。提供了一种电压源变换器，用于互连第一和第二电网，该电压源变换器包括至少一个链式变换器，其中所述或每个链式变换器是根据链式变换器的任何前述说明。由于用于产生dPWM电压波形从而导致在相应电流波形中的低THD的所述或每个链式变换器的能力，在电压源变换器中提供所述或每个链式变换器使得电压源变换器不仅能够在第一电网与第二电网之间传送高质量电力，而且能够减少电压源变换器组件的主动操作所需的时间段，以便传送这种高质量电力，从而减少与电压源变换相关的总体损失。变压器可用于将电压源变换器连接至AC电网。变压器可以被配置为能够在电压波形被呈现至AC电网(例如，变压器可以被配置为星形-三角形变压器)之前消除dPWM电压波形中的零序分量。这因此降低了电压源变换器的AC滤波要求。电压源变换器的配置可以取决于相关电力应用的要求而变化。根据本专利技术的一个方案，提供一种电压源变换器，用于互连第一电网和第二电网，所述电压源变换器包括：第一端子和第二端子，用于连接至所述第一电网；以及初级变换器臂，在所述第一端子与所述第二端子之间延伸，所述初级变换器臂包括由第三端子分隔开的第一初级臂部和第二初级臂部，所述第三端子能够连接至所述第二电网，每个初级臂部包括至少一个开关元件和/或第一链式变换器，每个初级臂部能够操作以被切换进和切换出在所述第三端子与所述第一端子和所述第二端子中的相应一个之间的电路，每个初级臂部能够操作以在所述第三端子与所述第一端子和所述第二端子中的相应一个之间传送电力；至少一个第二链式变换器，连接至所述第三端子，所述或每个链式变换器包括多个链式模块，所述多个链式模块中的每一个能够选择性地操作以提供电压源，其中所述或每个链式变换器包括控制单元，配置为选择性地操作所述多个链式模块以产生不连续脉冲宽度调制电压波形；以及控制器，配置为选择性地操作所述或每个链式变换器以控制在所述第三端子处的dPWM电压波形的形态，所述控制器包括所述或每个控制单元，所述控制器被配置为在所述不连续脉冲宽度调制电压波形的相应未调制时间段期间选择性地控制将每个初级臂部切换进在所述第三端子与所述第一端子和所述第二端子中的相应一个之间的电路，所述控制器被配置为选择性地协调所述初级臂部和所述或每个第二链式变换器的操作以控制在所述第三端子处的所述不连续脉冲宽度调制电压波形的形态。根据本专利技术的电压源变换器可以是多相电压源变换器。在电压源变换器能够连接至多相AC电网的本专利技术的实施例中，电压源变换器可包括多个初级变换器臂，每个初级变换器臂的第三端子能够连接至多相AC电网的相应的相。所述或每个控制单元可以是控制器整体组成的一部分。当控制器包括多个控制单元时，所述或本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电压源变换器，用于互连第一电网和第二电网，所述电压源变换器包括：第一端子和第二端子，用于连接至所述第一电网；以及初级变换器臂，在所述第一端子与所述第二端子之间延伸，所述初级变换器臂包括由第三端子分隔开的第一初级臂部和第二初级臂部，所述第三端子能够连接至所述第二电网，每个初级臂部包括至少一个开关元件和/或第一链式变换器，每个初级臂部能够操作以被切换进和切换出在所述第三端子与所述第一端子和所述第二端子中的相应一个之间的电路，每个初级臂部能够操作以在所述第三端子与所述第一端子和所述第二端子中的相应一个之间传送电力；至少一个第二链式变换器，连接至所述第三端子，所述或每个链式变换器包括多个链式模块，所述多个链式模块中的每一个能够选择性地操作以提供电压源，其中所述或每个链式变换器包括控制单元，所述控制单元配置为选择性地操作所述多个链式模块以产生不连续脉冲宽度调制电压波形；以及控制器，配置为选择性地操作所述或每个链式变换器以控制在所述第三端子处的不连续脉冲宽度调制电压波形的形态，所述控制器包括所述或每个控制单元，所述控制器被配置为在所述不连续脉冲宽度调制电压波形的相应未调制时间段期间选择性地控制将每个初级臂部切换进在所述第三端子与所述第一端子和所述第二端子中的相应一个之间的电路，所述控制器被配置为选择性地协调所述初级臂部和所述或每个第二链式变换器的操作以控制在所述第三端子处的所述不连续脉冲宽度调制电压波形的形态。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.23 EP 13275334.41.一种电压源变换器，用于互连第一电网和第二电网，所述电压源变换器包括：第一端子和第二端子，用于连接至所述第一电网；以及初级变换器臂，在所述第一端子与所述第二端子之间延伸，所述初级变换器臂包括由第三端子分隔开的第一初级臂部和第二初级臂部，所述第三端子能够连接至所述第二电网，每个初级臂部包括至少一个开关元件和/或第一链式变换器，每个初级臂部能够操作以被切换进和切换出在所述第三端子与所述第一端子和所述第二端子中的相应一个之间的电路，每个初级臂部能够操作以在所述第三端子与所述第一端子和所述第二端子中的相应一个之间传送电力；至少一个第二链式变换器，连接至所述第三端子，所述或每个链式变换器包括多个链式模块，所述多个链式模块中的每一个能够选择性地操作以提供电压源，其中所述或每个链式变换器包括控制单元，所述控制单元配置为选择性地操作所述多个链式模块以产生不连续脉冲宽度调制电压波形；以及控制器，配置为选择性地操作所述或每个链式变换器以控制在所述第三端子处的不连续脉冲宽度调制电压波形的形态，所述控制器包括所述或每个控制单元，所述控制器被配置为在所述不连续脉冲宽度调制电压波形的相应未调制时间段期间选择性地控制将每个初级臂部切换进在所述第三端子与所述第一端子和所述第二端子中的相应一个之间的电路，所述控制器被配置为选择性地协调所述初级臂部和所述或每个第二链式变换器的操作以控制在所述第三端子处的所述不连续脉冲宽度调制电压波形的形态。2.根据权利要求1所述的电压源变换器，其中每个初级臂部能够操作以将所述第二链式变换器切换进和切换出具有所述第一端子和所述第二端子中的相应一个的电路。3.根据权利要求1所述的电压源变换器，包括次级变换器臂，在所述第一端子与所述第二端子之间与所述初级变换器臂并联连接，所述次级变换器臂包括由连接点分隔开的第一次级臂部和第二次级臂部，每个次级臂部包括第...
【专利技术属性】
技术研发人员：F·J·莫雷诺穆诺兹，O·F·贾西姆，S·丹格，S·费克里亚所，K·戴克，
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
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