一种电压源型变换器(30)，包括：变换器臂(36)，在第一DC端子与第二DC端子(32,34)之间延伸且具有由AC端子(42)分隔开的第一臂部和第二臂部(38,40)，第一DC端子和第二DC端子(32,34)可连接至DC电网(44)并且AC端子(42)可连接至AC电网(46)，每个臂部(38,40)包括主开关元件(48)，每个臂部(38,40)的主开关元件(48)可被切换为将对应臂部(38,40)切换进和切换出对应DC端子(32,34)与AC端子(42)之间的电路，以控制AC端子(42)处AC电压的形态；辅助臂(50)，包括辅助变换器，辅助变换器包括至少一个辅助开关元件，辅助臂(50)连接至AC端子(42)，每个臂部(38,40)的主开关元件(48)可被切换为将辅助臂(50)切换进和切换出带有对应臂部(38,40)的电路并且从而将辅助臂(50)切换进和切换出带有对应DC端子(32,34)的电路；以及控制单元，选择性地控制辅助变换器的或每个辅助开关元件的切换，以在初级运行模式中将辅助臂(50)控制为电流源，以在第一臂部和第二臂部(38,40)中一个臂部中注入在一个方向上流动的环电流(68)，以使得该臂部(38,40)中在相反方向上流动的臂部电流(66)最小化，其中在从第一臂部和第二臂部(38,40)的一个到第一臂部和第二臂部(38,40)的另一个的电流换向过程中，当最小电流或零电流通过对应主开关元件时，在通过环电流(68)使得臂部电流(66)最小化之后，每个主开关元件(48)将相应臂部(38,40)切换进和切换出对应DC端子(32,34)与AC端子(42)之间的电路。
【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电压源型变换器。
技术介绍
在电力传输网络中，交流(AC)电通常被变换为直流(DC)电，用于经由架空线和/或海底电缆进行传输。这种变换免除了对由传输线或电缆造成的AC电容性载荷效应进行补偿的需要，并且从而降低电线和/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中运行的AC电网的电力传输网络。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型变换器(VSC)。已知在电压源型变换器中使用带有绝缘栅双极型晶体管(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1Mff至10Mff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。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方案，提供一种电压源型变换器，包括:变换器臂，在第一 DC端子和第二 DC端子之间延伸且具有由AC端子分隔开的第一臂部和第二臂部，所述第一 DC端子和第二 DC端子可连接至DC电网并且所述AC端子可连接至AC电网，每个臂部包括主开关元件，每个臂部的所述主开关元件可被切换为将对应臂部切换进和切换出对应DC端子与所述AC端子之间的电路，以控制所述AC端子处AC电压的形态；辅助臂，包括辅助变换器，所述辅助变换器包括至少一个辅助开关元件，所述辅助臂连接至所述AC端子，每个臂部的主开关元件可被切换为将所述辅助臂切换进和切换出带有对应臂部的电路并且从而将所述辅助臂切换进和切换出带有对应DC端子的电路；以及控制单元，选择性地控制所述辅助变换器的所述或每个辅助开关元件的切换，以在初级运行模式中将所述辅助臂控制为电流源，以在所述第一臂部和所述第二臂部的一个中注入在一个方向上流动的环电流，以使得该臂部中在相反方向上流动的臂部电流最小化，其中在从所述第一臂部和第二臂部的一个到所述第一臂部和第二臂部的另一个的电流换向过程中，当最小电流或零电流通过对应主开关元件时，在通过环电流使得臂部电流最小化之后，每个主开关元件将相应臂部切换进和切换出对应DC端子与所述AC端子之间的电路。在电压源型变换器在AC电网与DC电网之间转移电力的运行中，切换臂部的主开关元件以在占空比上交替地将臂部切换进AC端子与对应DC端子之间的电路。这意味着在占空比上电压源中的电流在臂部之间交替流动。于是，当臂部中的一个被切换进AC端子与对应DC端子之间的电路并且从而在AC端子与对应DC端子之间传导臂部电流时，臂部中的另一个被切换出AC端子与对应DC端子之间的电路并且从而在AC端子与对应DC端子之间不传导任何臂部电流。在将电流从一个臂部换向到另一个臂部之前(即，在将每个臂部切换进或切换出AC端子与对应DC端子之间的电路之前)，在初级运行模式中将辅助臂控制为电流源以注入环电流，以最小化在导电臂部中流动的电流。这实现臂部的主开关元件的软切换，从而在运行电压源型变换器以在AC端子与对应DC端子之间转移电力的过程中最小化开关损耗。相反地，从电压源型变换器中去除辅助臂和控制单元意味着在将电流从一个臂部换向到另一个臂部之前，导电臂部立即传导大量电流，从而导致之前参照图1a和图1b的传统电压源型变换器所述的问题。因此，根据本专利技术的电压源型变换器的配置获得连接AC电网与DC电网并且在它们之间转移电力的有效方式。仅需要在初级运行模式中将每个辅助臂控制为电流源，以在占空比上相对短的时间段内实现臂部的主开关元件的软切换。因此，通过针对该具体任务来优化辅助臂可以减小电压源型变换器的整个额定电压。在本专利技术的实施例中，环电流和臂部电流的幅值可以相等。这使得导电臂部中的臂部电流被减小为零，以实现臂部的主开关元件的零电流切换。取决于相关电力应用的要求，在AC电网的每个基频周期上，可以(例如，以脉宽调制方式)将每个臂部一次或多次地切换进和切换出对应DC端子与AC端子之间的电路。因此，在AC电网的每个基频周期上，在每个臂部的所述或每次切换进或切换出AC端子与对应DC端子之间的电路之前，可以相应地运行电压源型变换器以实现臂部的主开关元件的软切换。尤其，在本专利技术的实施例中，控制单元可以选择性地控制辅助变换器的所述或每个辅助开关元件的切换，以在AC电网的每个基频周期上一次或多次地在初级运行模式中将辅助臂控制为电流源。在本专利技术的其他实施例中，控制单元可以选择性地控制辅助变换器的所述或每个辅助开关元件的切换以在次级运行模式中将辅助臂控制为电流源，以将电流注入AC端子，以:从提供给AC电网的交流电和/或提供给DC电网的直流电中滤除一个或多个电流分量(即，实施有源电流滤波)；和/或将提供给AC电网的交流电修改为超前交流电或滞后交流电(即，实施无功功率补偿)。换言之，控制单元可以选择性地控制辅助变换器的所述或每个辅助开关元件的切换，以在次级运行模式中将辅助臂控制为电流源，以将电流注入AC端子，以:籲仅实施有源电流滤波；籲仅实施无功功率补偿；?顺序地实施有源电流滤波和无功功率补偿；.同时实施有源电流滤波和无功功率补偿。将电压源型变换器配置为能够实现进一步在次级运行模式中将辅助臂控制为电流源，为电压源型变换器提供了有源电流滤波能力和/或无功功率补偿能力。为电压源型变换器提供有源电流滤波能力使得通过消除一个或多个不需要的电流分量(例如，谐波电流分量，DC波纹)，所述电压源型变换器能够在电压源型变换器的AC和/或DC端子处产生高质量的输出电流。相反地，从电压源型变换器中省去有源电流滤波能力意味着有必要将额外的滤波硬件连接至电压源型变换器的AC和/或DC端子，以得到期望的高质量输出电流，从而增加电压源型变换器的占地需求。为电压源型变换器提供无功功率补偿能力使得电压源型变换器能够与AC电网交换无功功率，以满足期望的实际功率-无功功率运行包络线(operating envelope)。另外，如果AC端子在使用中连接至变压器，则无功功率可以与AV电网46交换以完成变压器的无功功率需求。相反地，从电压源型变换器中省去无功功率补偿能力意味着有必要将额外的变换器硬件连接至电压源型变换器的AC端子，以实现无功功率与AC电网的交换，从而还增加电压源型变换器的占地需求。将电压源型变换器配置为能够实现进一步在次级运行模式B中将辅助臂控制为受控源，为电压源型变换器提供额外的电力转移功能，而无需连接额外的硬件至电压源型变换器，从而提高电压源型变换器的效率和可靠性。控制单元可以选择性地控制辅助变换器的所述或每个辅助开关元件的切换，以各种顺序在初级运行模式和次级运行模式中将辅助臂控制为电流源。例如，在本专利技术的实施例中，控制单元可以选择性地控制辅助变换器的所述或每个辅助开关元件的切换，以交替地在初级运行模式和次级运行模式中将辅助臂控制为电流源。在初级运行模式和次级运行模式之间的交替使得辅助臂被控制为电流源以注入电流，以不仅在电压源型变换器在AC电网与DC电网之间转移电力的运行过程中实现臂部的主开本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电压源型变换器，包括：变换器臂，在第一DC端子与第二DC端子之间延伸且具有由AC端子分隔开的第一臂部和第二臂部，所述第一DC端子和所述第二DC端子能够连接至DC电网并且所述AC端子能够连接至AC电网，每个臂部包括主开关元件，每个臂部的主开关元件能够切换为将对应臂部切换进和切换出对应DC端子与所述AC端子之间的电路，以控制所述AC端子处AC电压的形态；辅助臂，包括辅助变换器，所述辅助变换器包括至少一个辅助开关元件，所述辅助臂连接至所述AC端子，每个臂部的主开关元件能够切换为将所述辅助臂切换进和切换出带有对应臂部的电路并且从而将所述辅助臂切换进和切换出带有对应DC端子的电路；以及控制单元，选择性地控制所述辅助变换器的所述或每个辅助开关元件的切换，以在初级运行模式中将所述辅助臂控制为电流源，以在所述第一臂部和所述第二臂部的一个中注入在一个方向上流动的环电流，以使得在该臂部中在相反方向上流动的臂部电流最小化，其中在从所述第一臂部和所述第二臂部的一个到所述第一臂部和所述第二臂部的另一个的电流换向过程中，当最小电流或零电流通过对应主开关元件时，在通过环电流使得臂部电流最小化之后，每个主开关元件将相应臂部切换进和切换出对应DC端子与所述AC端子之间的电路。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·R·特莱尼尔，K·J·戴克，C·奥兹，
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
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