输电网络中使用的功率模块及其配置方法技术

一种可配置功率模块(10；80；90；140)，包括第一子模块(12)，其包括由第一连接端子隔开并且与第一能量储存装置并联连接的第一对串联连接开关元件，和与第一子模块结构相同的第二子模块，其相应包括第二能量储存装置(44)。第一子模块和第二子模块(12，14)由连接模块(16)互连。在第一连接模式中，连接模块(16)在第一和第二能量储存装置(26，44)之间建立具有双向电流特性的并联连接。在第二连接模式中，连接模块(16)互连第一和第二能量储存装置(26，44)以允许第一和第二能量储存装置(26，44)充电并产生阻挡电压，以对抗在第一连接端子与第二连接端子(24，42)之间电流的流动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】输电网络中使用的功率模块及其配置方法
本专利技术涉及一种在输电网络中使用的可配置功率模块，尤其涉及一种在高压直流(HVDC)输电网络中使用的可配置功率模块，并且涉及包括这种模块的电压源变换器和直流断路器中的每个以及配置这种模块的方法。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方案，提供一种可配置功率模块，用于输电网络中，包括：第一子模块，包括由第一连接端子隔开并且与第一能量储存装置并联连接的第一对串联连接开关元件；以及第二子模块，包括由第二连接端子隔开并且与第二能量储存装置并联连接的第二对串联连接开关元件，所述第一子模块和第二子模块由在第一连接模式和第二连接模式中能够操作以互连所述第一子模块和第二子模块的连接模块互连，在所述第一连接模式中所述连接模块在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置之间建立具有双向电流特性的并联连接，并且在所述第二连接模式中所述连接模块互连所述第一能量储存装置和第二能量储存装置以允许所述第一能量储存装置和第二能量储存装置结合并产生阻挡电压，以对抗所述第一连接端子与第二连接端子之间的电流流动。以上述指定方式配置的第一和第二子模块(即，包括由相应的第一或第二连接端子隔开的第一和第二对串联连接开关元件)与连接模块的结合允许本专利技术的可配置功率模块通过第一和第二能量储存装置在同一方向上通过电流，而不管在第一与第二端子之间流动的电流的方向如何。在这种方式中，当电流在第一和第二方向中的每个上流过时，第一连接模式中的连接模块允许可配置功率模块提供正电压源。因为这种功能允许在每半个(即，正和负)AC波形期间在AC与DC网络之间转移电力，所以这种功能对于操作电压源变换器(特别是链环式电压源变换器)是必要的，其中可重配置功率模块可以被并入该电压源变换器。因为在例如可配置功率模块的正常操作期间电流可以在并联连接内分压，所以总的来说，包括连接模块(在第一连接模式中，其可操作为互连第一与第二子模块，其中在第一连接模式中，在对应子模块的第一与第二能量储存装置之间建立并联连接)有助于减少可配置功率模块内的传导损耗。同时，包括连接模块(在第二连接模式中，其额外地可操作为互连第一与第二子模块，其中在第二连接模式中，能量储存装置能够结合并产生阻挡电压以对抗例如故障电流等电流)为可配置功率模块提供另外有用的功能并且因此有助于使得其比例如传统功率模块更有成本效益。第二连接模式中的连接模块优选地将第一和第二能量储存装置彼此并联或串联(即，结合第一和第二能量储存装置)，以便允许第一和第二能量储存装置一起作用以产生阻挡电压。第一和第二能量储存装置能够产生阻挡电压以对抗在前述并联或串联连接中在第一与第二端子之间电流的流动，这为可配置功率模块提供操作灵活性。可选地，在第一连接模式中连接模块在第一与第二能量储存装置之间建立并联连接，这允许电流在相反的第一与第二方向上在并联连接内流动。允许电流在相反的第一方向和第二方向上在并联连接内流动，这允许可配置功率模块选择性地提供可以被使用的正电压源或负电压源(以及零电压)，例如，分别来增大或减小电压源变换器的交流(AC)端子处的输出电压。这进而使得本专利技术的可配置功率模块特别适合于在步进式波形产生中使用以近似正弦电压波形。可选地，所述连接模块包括：第一臂，在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置中每个的第一侧之间延伸；第二臂，在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置中每个的第二侧之间延伸；以及第一连接模块部，包括第一对双向电流流动控制元件，一个双向电流流动控制元件位于所述第一臂内，并且另一个双向电流流动控制元件位于所述第二臂内，双向电流流动控制元件中的每个在同一所述第一方向上选择性地阻挡电流流过相应的臂并且允许电流在与所述第一方向相反的同一所述第二方向上流过相应的臂。包括第一和第二臂容易地促进第一与第二子模块之间的并联连接，同时在每个臂中包括双向电流流动控制元件提供对于电流流过连接模块并且进而流过第一和第二能量储存装置的方式的期望程度的控制，使得可以在至少一个第一方向上阻挡故障电流。可选地，所述第一连接模块部还包括允许电流仅仅在一个方向上流过的第一单向电流流动控制元件，当所述第一对双向电流流动控制元件中的每个在所述第一方向上阻挡电流时，所述第一单向电流流动控制元件互连所述第一臂和第二臂以在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置之间选择性地建立第一串联连接并且允许电流在所述第一方向上流过所述连接模块。为第一连接模块提供第一单向电流流动控制元件，这增多了通过连接模块的电流流动路径的可选方式并且促进在第二方向上阻挡故障电流。连接模块可以包括多个第一连接模块部，并且相邻对的第一连接模块部可以被第一与第二臂之间并联连接的补充能量储存装置隔开。包括并联连接的补充能量储存装置，这允许可配置功率模块产生(如果需要的话)更大的阻挡电压，以便充分地对抗更大的故障电流。在本专利技术的优选实施例中，所述连接模块额外地包括第二连接模块部，所述第二连接模块部包括第二对双向电流流动控制元件，所述第二对双向电流流动控制元件中的一个位于所述第一臂内并且所述第二对双向电流流动控制元件中的另一个位于所述第二臂内，所述第二对双向电流流动控制元件中的每个在与所述第一方向相反的同一所述第二方向上选择性地阻挡电流流过相应的臂，所述第一连接模块部的所述第一对双向电流流动控制元件中的每个在所述第一方向上选择性地阻挡电流，所述第二模块部还包括第二单向电流流动控制元件，在所述第二对双向电流流动控制元件中的每个在所述第二方向上阻挡电流时，第二单向电流流动控制元件互连所述第一臂和第二臂以在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置之间建立第二串联连接并且允许电流在所述第二方向上流过所述连接模块，所述第二连接模块部接续所述第一连接部放置以限定双向模块部。包括这种第二连接模块部，这允许本专利技术的可配置功率模块利用更大可能的阻挡电压(例如，如由在功率模块中包括更多的能量储存装置所提供的)，以对抗在第一和第二方向的每个上流动的故障电流。可选地，连接模块包括彼此接续放置的多个第一和第二连接模块部，以限定相应双向模块部，相邻对双向模块部被第一与第二臂之间并联连接的补充能量储存装置隔开。这种布置有助于最大化在第一和第二方向上的可得阻挡电压。优选地，所述可配置功率模块还包括被布置为与所述每个第一子模块、第二子模块和所述连接模块操作性通信的控制单元，在使用中，所述控制单元配置所述可配置功率模块在正常模式和故障阻挡模式中操作，当配置所述可配置功率模块在所述正常模式中操作时，所述控制单元在所述第一连接模式中操作所述连接模块，在所述第一连接模式中并联连接的能量储存装置彼此结合以形成更大的组合能量储存，并且所述控制单元还导通和关断所述第一子模块和第二子模块中的相应开关元件，以选择性地引导电流通过所述组合能量储存，使得所述可配置功率模块能够提供与所述组合能量储存的增大的尺寸相称的电压源，以及当配置所述可配置功率模块在所述故障阻挡模式中操作时，所述控制单元关断所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件并且在所述第二连接模式中操作所述连接模块。包括这种控制单元，这为可配置功率模块提供在电压源变换器中有用的第一期望程度的功能。根据本专利技术的第二方案，提供一种电压源变换器，包括至少一个变换器臂，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可配置功率模块，用于输电网络中，包括：第一子模块，包括由第一连接端子隔开并且与第一能量储存装置并联连接的第一对串联连接开关元件；以及第二子模块，包括由第二连接端子隔开并且与第二能量储存装置并联连接的第二对串联连接开关元件，所述第一子模块和第二子模块由连接模块互连，所述连接模块能够操作以在第一连接模式和第二连接模式中互连所述第一子模块和第二子模块，在所述第一连接模式中所述连接模块在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置之间建立具有双向电流特性的并联连接，并且在所述第二连接模式中所述连接模块互连所述第一能量储存装置和第二能量储存装置以允许所述第一能量储存装置和第二能量储存装置结合并产生阻挡电压，以对抗所述第一连接端子与第二连接端子之间的电流流动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.23 EP 13185595.91.一种可配置功率模块，用于输电网络中，包括：第一子模块，包括由第一连接端子隔开并且与第一能量储存装置并联连接的第一对串联连接开关元件；以及第二子模块，包括由第二连接端子隔开并且与第二能量储存装置并联连接的第二对串联连接开关元件，所述第一子模块和第二子模块由连接模块互连，所述连接模块能够操作以在第一连接模式和第二连接模式中互连所述第一子模块和第二子模块，在所述第一连接模式中所述连接模块在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置之间建立具有双向电流特性的并联连接，并且在所述第二连接模式中所述连接模块互连所述第一能量储存装置和第二能量储存装置以允许所述第一能量储存装置和第二能量储存装置结合并产生阻挡电压，以对抗所述第一连接端子与第二连接端子之间的电流流动。2.根据权利要求1所述的可配置功率模块，其中在所述第一连接模式中所述连接模块在所述第一能量储存装置与所述第二能量储存装置之间建立并联连接，这允许电流在相反的第一方向和第二方向上在该并联连接内流动。3.根据权利要求2所述的可配置功率模块，其中所述连接模块包括：第一臂，在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置中每个的第一侧之间延伸；第二臂，在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置中每个的第二侧之间延伸；以及第一连接模块部，包括第一对双向电流流动控制元件，一个双向电流流动控制元件位于所述第一臂内，并且另一个双向电流流动控制元件位于所述第二臂内，这些双向电流流动控制元件中的每个在同一所述第一方向上选择性地阻挡电流流过相应的臂并且允许电流在与所述第一方向相反的同一所述第二方向上流过相应的臂。4.根据权利要求3所述的可配置功率模块，其中所述第一连接模块部还包括允许电流仅仅在一个方向上流过的第一单向电流流动控制元件，当所述第一对双向电流流动控制元件中的每个在所述第一方向上阻挡电流时，所述第一单向电流流动控制元件互连所述第一臂和第二臂以在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置之间选择性地建立第一串联连接并且允许电流在所述第一方向上流过所述连接模块。5.根据权利要求4所述的可配置功率模块，其中所述连接模块包括多个第一连接模块部，并且相邻的第一连接模块部被所述第一臂与第二臂之间并联连接的补充能量储存装置隔开。6.根据权利要求4所述的可配置功率模块，其中所述连接模块额外地包括第二连接模块部，所述第二连接模块部包括第二对双向电流流动控制元件，所述第二对双向电流流动控制元件中的一个位于所述第一臂内并且所述第二对双向电流流动控制元件中的另一个位于所述第二臂内，所述第二对双向电流流动控制元件中的每个在与所述第一方向相反的同一所述第二方向上选择性地阻挡电流流过相应的臂，所述第一连接模块部的所述第一对双向电流流动控制元件中的每个在所述第一方向上选择性地阻挡电流，所述第二连接模块部还包括第二单向电流流动控制元件，在所述第二对双向电流流动控制元件中的每个在所述第二方向上阻挡电流时，所述第二单向电流流动控制元件互连所述第一臂和第二臂以在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置之间建立第二串联连接并且允许电流在所述第二方向上流过所述连接模块，所述第二连接模块部接续所述第一连接模块部放置以限定双向模块部。7.根据权利要求6所述的可配置功率模块，其中所述连接模块包括彼此接续放置的多个第一连接模块部和第二连接模块部以限定相应双向模块部，相邻的双向模块部被所述第一臂与所述第二臂之间并联连接的补充能量储存装置隔开。8.根据权利要求1所述的可配置功率模块，还包括被布置为与所述第一子模块、第二子模块和所述连接模块操作性通信的控制单元，在使用中，所述控制单元配置所述可配置功率模块在正常模式和故障阻挡模式中操作，当配置所述可配置功率模块在所述正常模式中操作时，所述控制单元在所述第一连接模式中操作所述连接模块，在所述第一连接模式中并联连接的能量储存装置彼此结合以形成更大的组合能量储存装置，并且所述控制单元还导通和关断所述第一子模块和第二子模块中的相应开关元件，以选择性地引导电流通过所述组合能量储存装置，使得所述可配置功率模块能够提供与所述组合能量储存装置的增大的尺寸相称的电压源，以及当配置所述可配置功率模块在所述故障阻挡模式中操作时，所述控制单元关断所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件并且在所述第二连接模式中操作所述连接模块。9.根据权利要求5或权利要求7所述的可配置功率模块，还包括被布置为与所述第一子模块和第二子模块以及所述连接模块中的每个操作性通信的控制单元，在使用中，所述控制单元配置所述可配置功率模块在正常模式和故障阻挡模式中操作，当配置所述可配置功率模块在所述正常模式中操作时，所述控制单元关断所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件并且操作所述连接模块中的双向电流流动控制元件，以阻挡在所述第一连接端子与第二连接端子之间的电流，以及当配置所述可配置功率模块在所述故障...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·史蒂芬·怀特豪斯，C·C·戴维森，
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