用于HVDC应用的混合AC/DC转换器制造技术

用于连接AC和DC网络并且在这两者之间传送电力的电力电子转换器(30)，包括在使用中连接到DC网络(48)的第一和第二DC端子(32、34)；至少一个初级转换器分支(36a、36b)，其在第一和第二端子(32，34)之间延伸并且具有由在使用中连接到多相AC网络(50)中的相应相的初级AC端子(42)隔开的第一和第二初级分支部分(40a、40b)，第一和第二初级分支部分(40a、40b)中至少一者包括至少一个初级有源开关模块(54)，用以选择性地允许电流在从对应初级AC端子(42)至DC端子(32、34)的第一方向上和从端子(32、34)至对应初级AC端子(42)的第二方向上流过对应初级转换器分支(36a、36b)；以及至少一个次级转换器分支(38)，其在第一和第二DC端子(32、34)之间延伸并具有由在使用中连接到多相AC网络(50)中的另一相应相的次级AC端子(46)隔开的第一和第二次级分支部分(44a，44b)，第一和第二次级分支部分(44a、44b)各自包括至少一个无源电流检验元件(58)，用以限制朝着从相应的次级AC端子(46)到端子(32、34)的单一方向流过对应次级转换器分支(38)的电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于HVDC应用的混合AC/DC转换器
本专利技术涉及一种用于高/中压直流(HVDC)电力传输和无功功率补偿的电力电子转换器以及一种电力电子转换器组件。
技术介绍
在电力传输网络中，交流(AC)电通常被转换为直流(DC)电，以通过架空线路和/或海底电缆传输。经过这种转换，无需补偿由传输线路和/或电缆所施加的交流容性负载效应，从而降低了这些线路和/或电缆的每千米的费用。因此，当需要长距离传输电力时，从交流到直流的转换变得划算。从交流电到直流电的转换还在需要互连在不同的频率下工作的交流网络的电力传输网络中被使用。在任何这样的电力传输网络中，在交流电和直流电之间的每一个接口处都需要转换器来实现所要求的转换，并且其中一种该形式的转换器为电压源转换器(VSC)。一种公知的电压源转换器在图1中被示出，该电压源转换器包括多级转换器布置。这种多级转换器布置包括串联连接的单元12，每个单元12为一转换器桥10。每个转换器单元12包括一对串联连接的绝缘栅极双极型晶体管(IGBT) 14，该对串联连接的IGBT14与电容器16并联连接。这些单个的转换器单元12不会被同时切换并且转换器电压阶跃相对较小，因此这种布置消除了与直接切换串联连接的IGBT14相关联的问题。然而，各个转换器单元12中的电容器16必须具有大的电容值，以便限制这种多级转换器布置中的电容器端子处的电压差异。每个转换器桥10中还要求具有直流侧反应器18，以限制转换器分支20之间的瞬时电流，从而使这些转换器分支20能够并联连接和工作。这些因素导致了具有大量存储能量的、昂贵的、大型且笨重的设备，这使该设备的预组装、测试和运输变得困难。
技术实现思路
根据本专利技术的第一个方面，提供了一种用于连接交流网络和直流网络并且在所述交流网络和所述直流网络之间传送电力的电力电子转换器，所述电力电子转换器包括:第一直流端子和第二直流端子，其用于在使用中连接到直流网络；至少一个初级转换器分支，其在所述第一直流端子和所述第二直流端子之间延伸，并且具有第一初级分支部分和第二初级分支部分，所述第一初级分支部分和所述第二初级分支部分由初级交流端子所分隔开，所述初级交流端子用于在使用中连接到多相交流网络中的一相应的相，所述第一初级分支部分和所述第二初级分支部分中的至少一个分支部分包括至少一个初级有源开关模块，用以选择性地允许电流在从对应的初级交流端子至所述直流端子的第一方向上和从所述直流端子至所述相应的初级交流端子的第二方向上流过对应的初级转换器分支；以及至少一个次级转换器分支，其在所述第一直流端子和所述第二直流端子之间延伸，并且具有第一次级分支部分和第二次级分支部分，所述第一次级分支部分和所述第二次级分支部分由次级交流端子所分隔开，所述次级交流端子用于在使用中连接到所述多相交流网络中的另一个相应的相，所述第一次级分支部分和所述第二次级分支部分各自包括至少一个无源电流检验元件，用以限制朝着从对应的次级交流端子到所述直流端子的单一方向流过对应的次级转换器分支的电流。提供能够选择性地允许电流在从对应的初级交流端子至直流端子的第一方向上流过其自身的至少一个初级转换器分支和同样允许电流从对应的次级交流端子流至这些直流端子的至少一个次级转换器分支，允许本专利技术的电力电子转换器将电力从交流网络横穿所述或每个初级转换器分支和次级转换器分支传送到直流网络中。以这种方式，所述电力电子转换器提供了从交流网络至直流网络的全电力传送功能。同时，包括能够选择性地允许电流在从直流端子至对应的初级交流端子的第二方向上流过其自身的至少一个初级转换器分支，允许所述电力电子转换器将电力从直流网络横穿每个初级转换器分支传送到交流网络中。相应地，即使在下降的水平下，所述电力电子转换器仍然能够提供所述直流网络和所述交流网络之间的电力传送。在某些电力传送应用中，在一个方向上具有较大程度的电力传送功能的电力电子转换器是完全可接受的。例如，这种电力电子转换器，即一种提供了从交流网络至直流网络的全电力传送功能的转换器，非常适合于对输出电力至直流网络存在严重的偏斜而对输入电力存在最低需求的电力传送应用，诸如发生在所要求的电力传送中从源至配电网的电力传送占主导地位的可再生风能和潮汐能发电中。同时，在第一次级分支部分和第二次级分支部分中各自包括一个或多个无源电流检验元件显著地减少了有源开关模块(即，如上所述的在电力电子转换器中可在操作之下在不同的操作配置之间改变且同时保持交流网络和直流网络之间的相应程度的电力传送功能的模块)的数量。这些无源电流检验元件比有源开关模块更轻、更小并且更简单，因此也更便宜和更可靠。所以，产生的电力电子转换器能够提供一种小型、轻便、便宜并且可靠的方式来连接交流网络和直流网络并且在它们之间传送电力。优选地，所述第一初级分支部分和所述第二初级分支部分各自包括至少一个初级有源开关1?块。所述电力电子转换器可以被配置成便于使用三个交流相将电力从交流网络传送至直流网络，以及使用两个交流相将电力从直流网络传送至交流网络。例如，所述电力电子转换器可以包括两个初级转换器分支和一个次级转换器分支，其中，所述初级交流端子和所述次级交流端子用于在使用中连接到一个三相交流网络中的一相应的相。在本专利技术的实施例中，所述电力电子转换器可以进一步包括初级控制器，用以选择性地切换每个初级有源开关模块，所述初级控制器被配置成在交流至直流电力传送模式和直流至交流电力传送模式中的至少一者下切换所述初级有源开关模块。包括这样的初级控制器，有助于确保所述电力电子转换器在要求的电力传送模式下的期望操作。在这样的实施例中，当所述初级控制器工作在第一交流至直流电力传送模式下时，所述初级控制器可以选择性地切换所述或每个初级转换器分支中的所述初级有源开关模块，以控制在对应的初级交流端子处的初级交流波形的配置，所述或每个初级交流波形被配置成控制在所述或每个次级转换器分支的次级交流端子处的次级交流波形的配置。包括这样的初级控制器和产生的控制所述或每个次级交流波形的能力，有助于确保产生的提供给直流网络的经整流的直流电压具有理想的特性。在其他这样的实施例中，当所述初级控制器工作在直流至交流电力传送模式下时，所述初级控制器可以选择性地切换所述或每个初级转换器分支中的所述初级有源开关模块，以在对应的初级交流端子处合成初级交流波形，所述或每个初级波形具有抑制在所述或每个次级转换器分支的第二交流端子处合成次级交流波形的配置。提供这样的初级控制器和产生的在所述或每个初级交流端子处合成初级交流波形且同时抑制在所述或每个次级交流端子处合成次级交流波形的能力，允许所述电力电子转换器将降低水平的电力通过所述或每个初级转换器分支传送给交流网络。优选地，每个初级有源开关模块包括至少一个初级有源开关元件。有源开关元件具有快速的切换能力，因此便于具有期望的配置(即，形状)的初级交流波形的控制和/或合成。优选地，每个初级有源开关模块包括一个或多个初级有源开关元件，所述一个或多个初级有源开关元件与储能器件并联连接，以选择性地提供电压源。在每个初级分 支部分中包括一个可选择性地工作的电压源，提供了对在对应的初级交流端子处的初级交流波形的配置的进一步程度的控制。在这样的实施例中，至少一个初级有源开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力电子转换器，用于连接交流网络和直流网络并且在所述交流网络和所述直流网络之间传送电力，该电力电子转换器包括：第一直流端子(32)和第二直流端子(34)，其用于在使用中连接到直流网络(48)；至少一个初级转换器分支(36a、36b)，其在所述第一直流端子(32)和所述第二直流端子(34)之间延伸，并且具有第一初级分支部分(40a)和第二初级分支部分(40b)，所述第一初级分支部分(40a)和所述第二初级分支部分(40b)由初级交流端子(42)所分隔开，所述初级交流端子(42)用于在使用中连接到多相交流网络(50)中的一相应的相，所述第一初级分支部分(40a)和所述第二初级分支部分(40b)中的至少一者包括至少一个初级有源开关模块(54)，用以选择性地允许电流在从所述相应的初级交流端子(42)至所述直流端子(32、34)的第一方向上和从所述直流端子(32、34)至所述相应的初级交流端子(42)的第二方向上流过所述相应的初级转换器分支(36a、36b)；以及至少一个次级转换器分支(38)，其在所述第一直流端子(32)和所述第二直流端子(34)之间延伸，并且具有第一次级分支部分(44a)和第二次级分支部分(44b)，所述第一次级分支部分(44a)和所述第二次级分支部分(44b)由次级交流端子(46)所分隔开，所述次级交流端子(46)用于在使用中连接到所述多相交流网络(50)中的另一个相应的相，所述第一次级分支部分和所述第二次级分支部分各自包括至少一个无源电流检验元件(58)，用以限制朝着从对应的次级交流端子(46)到所述直流端子(32、34)的单一方向流过对应的次级转换器分支(38)的电流。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电力电子转换器，用于连接交流网络和直流网络并且在所述交流网络和所述直流网络之间传送电力，该电力电子转换器包括: 第一直流端子(32)和第二直流端子(34)，其用于在使用中连接到直流网络(48)； 至少一个初级转换器分支(36a、36b)，其在所述第一直流端子(32)和所述第二直流端子(34)之间延伸，并且具有第一初级分支部分(40a)和第二初级分支部分(40b)，所述第一初级分支部分(40a)和所述第二初级分支部分(40b)由初级交流端子(42)所分隔开，所述初级交流端子(42)用于在使用中连接到多相交流网络(50)中的一相应的相，所述第一初级分支部分(40a)和所述第二初级分支部分(40b)中的至少一者包括至少一个初级有源开关模块(54)，用以选择性地允许电流在从所述相应的初级交流端子(42)至所述直流端子(32、34)的第一方向上和从所述直流端子(32、34)至所述相应的初级交流端子(42)的第二方向上流过所述相应的初级转换器分支(36a、36b);以及 至少一个次级转换器分支(38)，其在所述第一直流端子(32)和所述第二直流端子(34)之间延伸，并且具有第一次级分支部分(44a)和第二次级分支部分(44b)，所述第一次级分支部分(44a)和所述第二次级分支部分(44b)由次级交流端子(46)所分隔开，所述次级交流端子(46)用于在使用中连接到所述多相交流网络(50)中的另一个相应的相，所述第一次级分支 部分和所述第二次级分支部分各自包括至少一个无源电流检验元件(58)，用以限制朝着从对应的次级交流端子(46)到所述直流端子(32、34)的单一方向流过对应的次级转换器分支(38)的电流。2.根据权利要求1所述的电力电子转换器，其中，所述第一初级分支部分(40a)和所述第二初级分支部分(40b)各自包括至少一个初级有源开关模块(54)。3.根据权利要求1或2所述的电力电子转换器，包括两个初级转换器分支(36a、36b)和一次级转换器分支(38)，其中，所述初级交流端子(42)和所述次级交流端子(46)各自用于在使用中连接到三相交流网络(50)中的一相应的相。4.根据前述权利要求中任一项所述的电力电子转换器，进一步包括:初级控制器(61)，用以选择性地切换每个初级有源开关模块(40a、40b)，所述初级控制器被配置成在交流至直流电力传送模式和直流至交流电力传送模式中的至少一者下切换所述初级有源开关模块(40a、40b)。5.根据权利要求4所述的电力电子转换器，其中，当所述初级控制器(61)工作在第一交流至直流电力传送模式下时，所述初级控制器(61)选择性地切换所述或每个初级转换器分支(36a、36b)中的所述初级有源开关模块(40a、40b)，以控制在对应的初级交流端子(42)处的初级交流波形的配置，所述或每个初级交流波形被配置成控制在所述或每个次级转换器分支(44a、44b)的次级交流端子(46)处的次级交流波形的配置。6.根据权利要求4或5所述的电力电子转换器，其中，当所述初级控制器(61)工作在直流至交流电力传送模式下时，所述初级控制器(61)选择性地切换所述或每个初级转换器分支(36a、36b)中的所述初级有源开关模块(54)，以在对应的初级交流端子(42)处合成初级交流波形，所述或每个初级波形具有抑制在所述或每个次级转换器分支的第二交流端子处合成次级交流波形的配置。7.根据前述权利要求中任一项所述的电力电子转换器，其中，每个初级有源开关模块(54)包括至少一个初级有源开关元件(56)。8.根据前述权利要求中任一项所述的电力电子转换器，其中，每个初级有源开关模块(54)包括一个或多个初级有源开关元件(56)，所述一个或多个初级有源开关元件(56)与储能器件(76)并联连接，以选择性地提供电压源。9.根据权利要求8所述的电力电子转换器，其中，至少一个初级有源开关模块(54)包括一对初级有源开关元件(56)，该对初级有源开关元件(56)与储能器件(76)以半桥布置的方式并联连接，以限定二象限单极性模块，所述二象限单极性模块能够提供零电压或正电压并且能够在两个方向上传导电流。10.根据权利要求8或9所述的电力电子转换器，其中，至少一个初级有源开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·雷金纳德·特雷纳，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH