功率变换器制造技术

一种模块化功率变换器(10)包括：第一端子(12，14)，用于连接至第一电网(24)；第二端子(18)，用于连接至第二电网(26)；至少一个模块(28)，连接在第一与第二端子(12，14，18)之间，所述或每个模块(28)包括至少一个开关元件(30)和至少一个能量储存器件(32)，所述或每个模块(28)中的所述或每个开关元件(30)和所述或每个能量储存器件(32)组合以选择性地提供电压源，所述或每个模块(28)中的所述或每个开关元件(30)是可切换的，以在第一与第二端子(12，14，18)之间传输电力；以及控制单元(34)，被配置为选择性地控制所述或每个模块(28)中的所述或每个开关元件(30)的切换，以储存来自第一和第二端子(12，14，18)中的任何一个或两者或者将能量释放到第一和第二端子(12，14，18)中的任何一个或两者，以便对第一和第二端子(12，14，18)处的各功率流去耦，从而抑制在第一和第二端子(12，14，18)中的一个处的功率流的调制对第一和第二端子(12，14，18)中的另一个处的功率流的改变。

【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模块化功率变换器。
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的转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。在任何这样的电气组件中，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功率变换器。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方案，提供一种模块化功率变换器，包括：第一端子，用于连接至第一电网；第二端子，用于连接至第二电网；至少一个模块，连接在所述第一端子与所述第二端子之间，所述或每个模块包括至少一个开关元件和至少一个能量储存器件，所述或每个模块中的所述或每个开关元件和所述或每个能量储存器件组合以选择性地提供电压源，所述或每个模块中的所述或每个开关元件是可切换的，以在所述第一端子与所述第二端子之间传输电力；以及控制单元，被配置为选择性地控制所述或每个模块中的所述或每个开关元件的切换，以储存来自所述第一端子和所述第二端子中的任何一个或两者的能量或者将能量释放到所述第一端子和所述第二端子中的任何一个或两者，以便对所述第一端子和所述第二端子处的各功率流去耦，从而抑制在所述第一端子和所述第二端子中的一个处的功率流的调制对所述第一端子和所述第二端子中的另一个处的功率流的改变。为了此说明的目的，根据本专利技术的针对功率变换器的术语“模块化”的使用意在指包括根据本专利技术的功率变换器中的至少一个模块。应理解，第一电网和第二电网中的每个可以是AC电网或DC电网。因此，模块化功率变换器可以是AC-AC、AC-DC或DC-DC模块化功率变换器。包括模块化功率变换器中的控制单元使得能够控制所述或每个模块，以瞬时储存来自第一端子和第二端子中的任何一个或两者的能量或者将能量释放到第一端子和第二端子中的任何一个或两者，以便对第一端子和第二端子处(并因此在第一电网和第二电网中)的各功率流去耦。因此，当对第一端子和第二端子处的功率流进行调制时(并因此当对第一电网和第二电网中的功率流进行调制时)，对第一端子和第二端子处的各功率流的去耦抑制功率流的调制对第一端子和第二端子中的另一个中(并因此在第一电网和第二电网中的另一个中)的功率流的改变。这因此防止了由功率流的调制导致的第一电网和第二电网中的另一个中的功率流的任何不期望的变化。实际上，所述或每个模块可以被设计为在其控制使得模块化功率变换器能够在第一端子与第二端子之间(并因此在第一电网与第二电网之间)传输电力的过程中使用小于其最大能量储存容量。这意味着所述或每个模块的任何未使用的能量储存能力在模块化功率变换器的操作期间可用于临时能量存储，以对第一端子和第二端子处的各功率流去耦。此外，在第一端子与第二端子之间传输电力以及使得能够对第一端子和第二端子处的各功率流去耦的功能均涉及所述或每个模块中的所述或每个开关元件的切换。因此，这不仅不需要改变所述或每个模块以使得模块化功率变换器能够执行这两种功能，而且用于执行这两种功能的所述或每个模块中的所述或每个开关元件的这种切换可以在相同的控制单元内实现，而无需显著的添加控制硬件以适应这两种功能。与此相反，省略模块化功率变换器中的控制单元意味着需要使用与模块化功率变换器分离的大型能量储存系统，以将电网与功率流的调制的影响隔离。大型能量储存系统的使用不仅为相关的电网增加尺寸、重量和成本，而且还存在许多其它问题(诸如维修中的经营损失、维护和可靠性和可用性方面的考虑)，从而导致低效率和低可靠性的替代方案。根据本专利技术的模块化功率变换器的配置因此使得能够实现具有成本效率并且节省空间的模块化功率变换器，其不仅能够在第一端子与第二端子之间传输电力，而且还能够选择性地使得能够对第一端子和第二端子中的各功率流去耦，以便抑制在第一端子和第二端子中的一个处的功率流的调制对第一端子和第二端子中的另一个处的功率流的改变。可以针对各种目的(诸如优化功率流质量)对第一端子和第二端子中的一个处的功率流进行调制。在本专利技术的实施例中，在第一端子和第二端子中的一个处的功率流的调制可包括衰减至少一个功率振荡。这样的衰减可以通过调制在第一端子和第二端子中的一个处的功率流的幅值、频率和/或相来实现。电力系统由各种电力系统部件(诸如发电机、传输线路和负载)构成。因此，在各种电力系统部件之间存在多种可能的相互作用。通常，电力系统被设计为在电力系统部件之间的给定相互作用的特定频率下衰减。然而，在某些情况下，在电力系统部件之间的相互作用可能不会衰减，从而导致电力系统中的功率振荡的积累。功率振荡是在电力系统的有源电力系统部件之间的有功功率的交换。功率振荡的频率取决于相互作用的模式。对于单独的发电机之间或者多组发电机之间的相互作用(即次同步振荡)，功率振荡的频率典型地处于1到2Hz的区间内。对于大面积电力系统之间的相互作用(即区间振荡)，功率振荡的频率典型地在0.1Hz的区间内。如上所述，用于对第一端子和第二端子中的各功率流去耦的模块化功率变换器的能力使得任何功率流的调制能够衰减第一电网和第二电网中的一个中的至少一个功率振荡，以抑制对第一电网和第二电网中的另一个中的功率流改变。例如，当连接至模块化功率变换器的第一电网包括相对小、弱、低惯性AC电力系统(例如风力发电厂)时，模块化功率变换器的上述能力可能是有用的。在缺少对第一电网和第二电网的各功率流的去耦的情况下，第二电网中的任何功率流的调制将直接传送至弱、低惯性的AC电力系统中的功率流的调制。在弱的低惯性AC电力系统为风力发电厂的情况下，第二电网中的任何功率流的调制将直接传送至风力涡轮机的功率调制，其可具有对相关联的发电机和机械结构的不良影响的频率。当前的风力涡轮机在阻尼电阻不消耗能量的情况下不能容易地吸收功率波动，这导致能量损失；或者在没有不停地改变其叶片桨距的情况下导致支撑(多个)风力涡轮机的塔的机械磨损和应力。当模块化功率变换器例如为AC-DC模块化功率变换器，且功率流的调制需要衰减模块化功率变换器的弱的海上AC电力系统内的功率振荡时，模块化功率变换器的上述能力也可能是有用的。在缺少对第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化功率变换器，包括：第一端子，用于连接至第一电网；第二端子，用于连接至第二电网；至少一个模块，连接在所述第一端子与所述第二端子之间，所述或每个模块包括至少一个开关元件和至少一个能量储存器件，所述或每个模块中的所述或每个开关元件和所述或每个能量储存器件组合以选择性地提供电压源，所述或每个模块中的所述或每个开关元件能够切换以在所述第一端子与所述第二端子之间传输电力；以及控制单元，被配置为选择性地控制所述或每个模块中的所述或每个开关元件的切换，以储存来自所述第一端子和所述第二端子中的任何一个或两者的能量或者将能量释放到所述第一端子和所述第二端子中的任何一个或两者，以便对所述第一端子和所述第二端子处的各功率流去耦，并且从而抑制在所述第一端子和所述第二端子中的一个处的功率流的调制对所述第一端子和所述第二端子中的另一个处的功率流的改变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.04 EP 13275200.71.一种模块化功率变换器，包括：
第一端子，用于连接至第一电网；
第二端子，用于连接至第二电网；
至少一个模块，连接在所述第一端子与所述第二端子之间，所述或每个
模块包括至少一个开关元件和至少一个能量储存器件，所述或每个模块中的
所述或每个开关元件和所述或每个能量储存器件组合以选择性地提供电压
源，所述或每个模块中的所述或每个开关元件能够切换以在所述第一端子与
所述第二端子之间传输电力；以及
控制单元，被配置为选择性地控制所述或每个模块中的所述或每个开关
元件的切换，以储存来自所述第一端子和所述第二端子中的任何一个或两者
的能量或者将能量释放到所述第一端子和所述第二端子中的任何一个或两
者，以便对所述第一端子和所述第二端子处的各功率流去耦，并且从而抑制
在所述第一端子和所述第二端子中的一个处的功率流的调制对所述第一端子
和所述第二端子中的另一个处的功率流的改变。
2.根据任一前述权利要求所述的模块化功率变换器，其中对所述第一端
子和所述第二端子中的一个处的功率流的调制包括衰减至少一个功率振荡。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的模块化功率变换器，其中所述控
制单元被配置为选择性地控制所述或每个模块中的所述或每个开关元件的切
换，以对所述第一端子和所述第二端子中的一个处的功率流进行调制。
4.根据权利要求3所述的模块化功率变换器，其中所述控制单元被配置
为选择性地控制所述或每个模块中的所述或每个开关元件的切换，以同时进
行以下操作：
对所述第一端子和所述第二端子中的一个处的功率流进行调制；以及
储存来自所述第一端子和所述第二端子中的任何一个或两者的能量或者
将能量释放到所述第一端子和所述第二端子中的任何一个或两者，以便对所
述第一端子和所述第二端子处的各功率流去耦，并且从而抑制功率流的所述
调制对所述第一端子和所述第二端子中的另一个处的功率流的改变。
5.根据任一前述权利要求所述的模块化功率变换器，包括：
一对DC端子，能够连接至DC电网；
至少一个变换器臂，在所述一对DC端子之间延伸且包括由AC端子分
隔开的第一臂部和第二臂部，所述AC端子能够连接至AC电网，每个臂部
包括至少一个模块，每个模块中的所述或每个开关元件能够切换以控制在
AC端子处的AC电压的配置，从而在所述AC电网与所述DC电网之间传输
电力，
其中所述DC端子限定第一端子并且所述AC端子限定所述第二端子，
或者所述DC端子限定第二端子并且所述AC端子限定第一端子。
6.根据任一前述权利要求所述的模块化功率变换器，其中所述或每个能
量储存器件为电容器、超级电容器、双电层电容器、蓄电池或燃料电池。
7.一种电气组件，包括：
第一功率变换器，包括第一端子和第二端子，所述第一功率变换器的第
一端子和第二端子中的一个能够连接至第一电网；
第二功率变...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·史蒂芬·怀特豪斯，卡尔·大卫·巴尔克，
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