电压源型变换器制造技术

一种电压源型变换器(10)包括：DC端子(12)，用于连接至DC电网(24)；·变换器臂(16)，操作性地连接至所述DC端子(12)，所述变换器臂(16)包括操作性地连接至AC端子(22)的至少一个臂部(18，20)，所述AC端子(22)能够连接至AC电网(26)，所述或每个臂部(18，20)包括阀，所述或每个阀包括至少一个模块(28)，所述或每个模块(28)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(28)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；·控制器(38)包括阀电压需求子控制器(44)，所述控制器(38)被配置为将零交流电流需求和直流电流需求提供给所述阀电压需求子控制器(44)，所述控制器(38)还被配置为将AC和DC输出电压需求提供给所述阀电压需求子控制器(44)，所述阀电压需求子控制器(44)被配置为处理所述交流电流需求和所述直流电流需求以及所述AC输出电压需求和所述DC输出电压需求，以产生用于所述或每个阀的一或一相应的阀电压需求；以及·切换控制单元(50)，被配置为控制所述或每个模块(28)中的所述或每个开关元件的切换，以根据所述或所述相应的阀电压需求产生所述或每个阀两端的电压，从而使得在所述AC与DC电网(26，24)之间传输电力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电压源型变换器
本专利技术涉及一种电压源型变换器，以及控制电压源型变换器的方法。
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电网的电力传输网络。在任何这样的电力传输网络中，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)。
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：DC端子，用于连接至DC电网；变换器臂，操作性地连接至DC端子，所述变换器臂包括操作性地连接至AC端子的至少一个臂部，所述AC端子能够连接至AC电网，所述或每个臂部包括阀，所述或每个阀包括至少一个模块，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；控制器包括阀电压需求子控制器，所述控制器被配置为将零交流电流需求和直流电流需求提供给阀电压需求子控制器，所述控制器还被配置为将AC输出电压需求和DC输出电压需求提供给阀电压需求子控制器，所述阀电压需求子控制器被配置为处理交流电流需求和直流电流需求以及AC输出电压需求和DC输出电压需求，以产生用于所述或每个阀的一或一相应的阀电压需求；以及切换控制单元，被配置为控制所述或每个模块中的所述或每个开关元件的切换，以根据所述或所述相应的阀电压需求产生所述或每个阀两端的电压，从而使得在AC电网与DC电网之间传输电力。在使用中，电压源型变换器可操作为通过所述或每个模块中的所述或每个开关元件的切换在AC电网与DC电网之间传输电力，以在电压源型变换器的操作周期上选择性地将所述或每个臂部操作为AC端子与DC端子之间的离散受控电压源。将臂部操作为对应的AC端子与DC端子之间的离散受控电压源使得能够进一步操作臂部以控制相应的端子处的电压的配置。例如，所述或每个模块中的所述或每个开关元件可以被切换为选择性地提供电压源来“推高”DC端子处的DC电压(将电压阶跃增加到在DC端子处的DC电压)和/或“拉低”DC端子处的DC电压(从DC端子处的DC电压减去电压阶跃)，从而控制AC端子处的AC电压的配置。根据用于所述或每个阀的一或一相应的阀电压需求执行所述或每个模块中的所述或每个开关元件的切换。为了电压源型变换器与AC和DC电网交换电力并因此使得在AC电网与DC电网之间传输电力，控制器和切换控制单元根据AC和DC输出电压需求以及交流和直流电流需求来控制电压源型变换器的操作。在使用中，DC电网在预定义的额定DC电压内或者在达到预定义的额定DC电压时被操作，而AC电网在预定义的额定AC电压内或者在达到预定义的额定AC电压时被操作。用于电压源型变换器的AC和DC输出电压需求分别对应于AC电网的AC电压和DC电网的DC电压。对于在电压源型变换器与AC电网之间传输电力的给定水平，由控制器提供的AC输出电压需求使得能够控制在电压源型变换器与AC电网之间流动的交流电流。控制器可以以各种方式被配置为使其能够提供AC输出电压需求。例如，控制器可包括被配置为提供AC输出电压需求的矢量控制块。当在AC电网与DC电网之间传输电力时，AC和DC电力均通过所述或每个臂部中的至少一个模块的至少一个能量储存器件流动。这意味着，在产生用于所述或每个阀的一或一相应的阀电压需求时，控制器必须考虑AC和DC输出电压需求以及交流和直流电流需求。然而，由于由控制器提供AC输出电压需求已经能够控制在电压源型变换器与AC电网之间流动的交流电流，因此，控制器必须被配置为将零交流电流需求提供给阀电压需求子控制器，以避免重复控制在电压源型变换器与AC电网之间流动的交流电流。否则，将非零交流电流需求提供给阀电压需求子控制器可能会干扰用于可靠地控制在电压源型变换器与AC电网之间流动的交流电流的控制器的操作。用于将零交流电流需求提供给阀电压需求子控制器的控制器配置因此允许产生能够对在电压源型变换器与DC电网之间流动的直流电流进行调节的阀电压需求，并抑制电压源型变换器中不利的交流电流分量的流动，而不抑制用于可靠地控制在电压源型变换器与AC电网之间流动的交流电流的控制器的操作。此外，控制器的配置使得阀电压需求子控制器能够操作为无差拍控制，该无差拍控制对被配置为将需求提供给阀电压需求子控制器的控制器其它组件的带宽影响最小。这实现了用于控制电压源型变换器在AC电网与DC电网之间传输电力的更优化和可靠的控制器。电压源型变换器的拓扑结构可以取决于相关电力应用的要求而变化。例如，电压源型变换器可包括：第一DC端子和第二DC端子，用于连接至DC电网；变换器臂，在第一DC端子与第二DC端子之间延伸，所述变换器臂包括由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。电压源型变换器中的变换器臂的数量可以取决于AC电网的相的数量而变化。例如，电压源型变换器可包括多个变换器臂，每个变换器臂的AC端子能够连接至多相AC电网的相应的相。直流电流需求可以以各种方式被限定为能够产生用于所述或每个阀的一或一相应的阀电压需求，以满足电压源型变换器的不同操作要求，对其示例进行如下描述。在操作电压源型变换器以在AC电网与DC电网之间传输电力期间，能量从AC和DC电网中的一个传输到AC和DC电网中的另一个。在操作电压源型变换器在AC电网与DC电网之间传输电力期间，从AC和DC电网中的一个传输到AC和DC电网中的另一个的能量通过所述或每个模块的所述或每个能量储存器件流动，所述或每个能量储存器件被控制为选择性地提供电压源。这种通过所述或每个模块的所述或每个能量储存器件的能量流动可能导致至少一个能量储存器件中的能量积累(或能量损失)，从而导致至少一个能量储存器件的能量水平偏离参考值。此外，虽然电传感器可用于通过以电气测量的形式提供反馈来监测电压源型变换器的操作从而允许电压源型变换器的操作的任何必要调整，但每个电传感器的公差，无论多小都可能导致电气测量误差，进而可能使至少一个能量储存器件的能量水平随着时间推移而偏离参考值。这种偏离是不利的，因为如果太少的能量被储存在给定的能量储存器件中，则相应模块能够产生的电压减少；而如果太多能量被储存在给定的能量储存器件，则可能出现过电压问题。前者需要增加电源以使受影响的能量储存器件的能量水平恢复到参考值，而后者需要增加一个或多个能量储存器件的额定电压以防止过电压问题，因此增加了电压源型变换器的整体尺寸、重量和成本。在本专利技术的一些实施例中，当切换控制单元控制所述或每个模块中的所述或每个开关元件的切换以根据所述或所述相应的阀电压需求产生所述或每个阀两端的电压时，直流电流需求可以被限定为能够将至少一个能量储存器件的能量水平维持在预定义的能量水平或者预定义的能量范围内。可以通过如下步骤容易地对直流电流需求进行限定：观察至少一个能量储存器件的能量水平随着时间推移对预定义的能量水平或预定义的能量范围的偏离；以及增加或减少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压源型变换器，包括：DC端子，用于连接至DC电网；变换器臂，操作性地连接至所述DC端子，所述变换器臂包括操作性地连接至AC端子的至少一个臂部，所述AC端子能够连接至AC电网，所述或每个臂部包括阀，所述或每个阀包括至少一个模块，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；控制器，包括阀电压需求子控制器，所述控制器被配置为将零交流电流需求和直流电流需求提供给所述阀电压需求子控制器，所述控制器还被配置为将AC输出电压需求和DC输出电压需求提供给所述阀电压需求子控制器，所述阀电压需求子控制器被配置为处理所述交流电流需求和所述直流电流需求以及所述AC输出电压需求和所述DC输出电压需求，以产生用于所述或每个阀的一或一相应的阀电压需求；以及切换控制单元，被配置为控制所述或每个模块中的所述或每个开关元件的切换，以根据所述或所述相应的阀电压需求产生所述或每个阀两端的电压，从而使得在所述AC电网与所述DC电网之间传输电力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.16 EP 13188974.31.一种电压源型变换器，包括：至少一个DC端子，用于连接至DC电网；AC端子，用于连接至AC电网；变换器臂，操作性地连接至所述至少一个DC端子，所述变换器臂包括操作性地连接至AC端子的至少一个臂部，所述或每个臂部包括阀，所述或每个阀包括至少一个模块，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；控制器，包括阀电压需求子控制器，所述控制器被配置为将零交流电流需求和直流电流需求提供给所述阀电压需求子控制器，所述控制器还被配置为将AC输出电压需求和DC输出电压需求提供给所述阀电压需求子控制器，其中所述控制器还包括：第一信号变换器，被配置为将一相应的所测量的臂部电流转换为交流电流项和直流电流项；电流修改器，被配置为修改所述交流电流项以去除AC基波电流项，从而产生修改后的交流电流项；以及第一信号比较块，被配置为将所述直流电流项与所述直流电流需求进行比较以及将所述修改后的交流电流项与所述零交流电流需求进行比较，以产生交流电流补偿信号和直流电流补偿信号，并且其中所述阀电压需求子控制器包括：第二信号变换器，被配置为将所述交流电流补偿信号和所述直流电流补偿信号转换为AC电压项和DC电压项；第二信号比较块，被配置为将所述DC电压项与所述DC输出电压需求进行比较以及将所述AC电压项与所述AC输出电压需求进行比较，以产生AC电压补偿信号和DC电压补偿信号；以及第三信号变换器，被配置为将所述AC电压补偿信号和所述DC电压补偿信号转换为用于所述或每个阀的一相应的阀电压需求；以及切换控制单元，被配置为控制所述或每个模块中的所述或每个开关元件的切换，以根据所述相应的阀电压需求产生所述或每个阀两端的电压，从而使得在所述AC电网与所述DC电网之间传输电力。2.根据权利要求1所述的电压源型变换器，其中所述控制器包括被配置为提供所述AC输出电压需求的矢量控制块。3.根据权利要求1所述的电压源型变换器，其中：所述至少一个DC端子包括第一DC端子和第二DC端子，变换器臂，在所述第一DC端子与所述第二DC端子之间延伸，所述变换器臂包括由AC端子分隔开的第一臂部和第二臂部。4.根据权利要求1-3之一所述的电压源型变换器，其中当所述切换控制单元控制所述或每个模块中的所述或每个开关元件的切换以根据所述相应的阀电压需求产生所述或每个阀两端的电压时，所述直流电流需求被限定为能够将至少一个能量储存器件的能量水平维持在预定义的能量水平或者预定义的能量范围内。5.根据权利要求1-3之一所述的电压源型变换器，其中所述变换器臂包括多个臂部，并且当所述切换控制单元控制每个模块中的所述或每个开关元件的切换以根据所述相应的阀电压需求产生所述或每个阀两端的电压时，所述直流电流需求被限定为能够对以下能量水平进行平衡：一个臂部中的能量储存器件的能量水平和另一...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·D·M·奥兹，
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