电压源转换器制造技术

在高电压直流(HVDC)输电网络领域中，电压源转换器(10)包括：用于连接到DC电网络(16)的第一和第二DC端子（24，26）；多个单相分支(28)，每个单相分支(28)包含相位元件(30)，每个相位元件(30)包含配置成将DC电压和AC电压互连的至少一个切换元件(32)，每个相位元件(30)的AC侧(34)可连接到多相AC电网络(14)的相应相（a，b，c），每个单相分支(28)连接在第一与第二DC端子（24，26）之间；以及控制器(36)，配置成彼此独立确定电压源转换器(10)应与AC电网络(14)交换的有功功率量(Pref)和电压源转换器(10)应与AC电网络(14)交换的无功功率量(Qref)，控制器(36)还配置成为每个单相分支(28)建立相应相电流参考（IrefA，IrefB，IrefC），其独立于所述或每个其他相应相电流参考（IrefA，IrefB，IrefC），并且定义每个单相分支(28)被要求从AC电网络(14)的对应相（a，b，c）汲取或传递到AC电网络的对应相（a，b，c）的电流（Ia，Ib，Ic）以实现与AC电网络(14)的确定的有功功率(Pref)和无功功率(Qref)交换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电压源转换器。专利技术背景在输电网络中，交流(AC)功率通常被转换成直流(DC)功率用于经架空线和/或海底电缆传输。此转换消除了补偿由传输线或电缆施加的AC电容负载效应的需要，并且由此降低每千米线和/或电缆的成本。在需要在长距离传送功率时，从AC到DC的转换因此变得成本有效。在其中必需将在不同频率操作的AC电网络互连的输电网络中也利用了在AC功率与DC功率之间的转换。在任何此种输电网络中，在AC与DC功率之间的每个接口要求转换器以实现要求的转换，并且一个此种形式的转换器是电压源转换器(VSC)。
技术实现思路
根据本专利技术的方面，提供了一种电压源转换器，包括：用于连接到DC电网络的第一和第二DC端子；多个单相分支(limb)，每个单相分支包含相位元件，每个相位元件包含配置成将DC电压和AC电压互连的至少一个切换元件，每个相位元件的AC侧可连接到多相AC电网络的相应相，每个单相分支连接在第一与第二DC端子之间；以及控制器，配置成彼此独立地确定电压源转换器应与AC电网络交换的有功功率量和电压源转换器应与AC电网络交换的无功功率量，控制器还配置成为每个单相分支确立相应相电流参考，其独立于所述或每个其他相应相电流参考，并且定义每个单相分支被要求从AC电网络的对应相汲取或传递到AC电网络的对应相的电流以实现与AC电网络的确定的有功功率和无功功率交换。彼此独立地确定电压源转换器应与AC电网络交换的有功和无功功率量的能力和由此控制和变更这些量的能力允许在AC与DC电网络之间传递最佳量的能量，而不考虑在其下电压源转换器正在操作的条件，例如，其中在单相分支中流动的电流基本上平衡的正常条件和其中在单相分支中流动的电流不平衡的故障条件。在与电压源转换器连接的AC电网络是弱的，即，AC电网络具有高阻抗和/或它具有低惯量时，此种功能性特别有用。典型的高阻抗AC电网络出现在终止在具有低短路容量的弱点处的高电压直流(HVDC)链路内。低惯量AC电网络被视为具有有限数量的旋转电机或根本无旋转电机。此类弱AC电网络经常发现于为岛供电或连接到风力农场的HVDC链路中。优选地，控制器包含第一控制块，第一控制块具有确定要与AC电网络交换的有功功率量的有功功率控制块和确定要与AC电网络交换的无功功率量的无功功率控制块。包括单独有功功率和无功功率控制块期望地促进了有功功率和无功功率量的独立确定。可选地，有功功率控制块包含输出要交换的有功功率量的功率控制段，功率控制段包含选择性可操作DC电压控制部分和选择性可操作DC功率控制部分，DC电压控制部分在电压源转换器配置成将能量从AC电网络传递到DC电网络时操作，并且DC功率控制在电压源转换器配置成将能量从DC电网络传递到AC电网络时操作。在电压源转换器配置成作为整流器操作，即，将能量从AC电网络传递到DC电网络时，并且在配置成作为逆变器操作，即，将能量从DC电网络传递到AC电网络时，此种布置允许准备好确定电压源转换器应与AC电网络交换的有功功率量。在本专利技术的优选实施例中，有功功率控制块还包含配置成在单相分支中流动的电流变得不平衡的情况下，修改功率控制段的输出以便由此变更电压源转换器与AC电网络交换的有功功率量的故障检测段。此种故障检测段的包括帮助允许电压源转换器通过干扰，即其中在单相分支中流动的电流不平衡的故障条件，继续操作，同时在任何可能的情况下允许在此类干扰期间在AC与DC电网络之间传递最大量的能量。故障检测段可包含配置成检测AC电网络的AC电压中的降低并且其后暂时降低电压源转换器与AC电网络交换的有功功率量的电压电平故障检测器。此种电压电平故障检测器向电压源转换器提供一定程度的保护，因为降低电压源转换器与AC电网络交换的有功功率有助于确保在单相分支中流动的电流中没有一个超过特定单相分支设计适应(accommodate)的额定电流值。可选地，故障检测段包含配置成检测AC电网络的单相中的接地故障并且其后暂时降低电压源转换器与AC电网络交换的有功功率量的单相故障检测器。此种单相故障检测器的包括有助于在发生此种单相接地故障的情况下，允许电压源转换器继续操作和在AC与DC电网络之间传递能量。优选地，故障检测段包含配置成检测AC电网络的每个相中的接地故障并且其后暂时将电压源转换器与AC电网络交换的有功功率量降到零的多相故障检测器。此种故障检测器有助于阻止电压源转换器必须在一个或多个其单相分支中传导太高电流，这可以以其他方式损坏所述或每个所述单相分支。在本专利技术的另一优选实施例中，故障检测段包含在第一时间常数和第二时间常数可操作的操纵模块，操纵模块变更故障检测段的操作，由此电压源转换器与AC电网络交换的有功功率量中的任何降低在第一时间常数发生，并且电压源转换器与AC电网络交换的有功功率量中的任何随后增大在第二时间常数发生。可选地，第一和第二时间常数彼此不同。具有前述特征的操纵模块的提供允许在确定有功功率量的速率上实行一定程度的控制。例如，对于通过短的第一时间常数快速采取措施，可期望降低例如在不平衡的故障条件期间电压源转换器与AC电网络交换的有功功率量，同时通过长的第二时间常数，交换的有功功率量能够例如更慢地增大到正常操作电平，使得电压源转换器更易于能够达到稳态操作条件。优选地，无功功率控制块包含选择性可操作AC电压控制部分和选择性可操作故障控制部分，AC电压控制部分在单相分支中流动的电流平衡时操作，并且故障控制部分在单相分支中流动的电流不平衡时操作。此种无功功率控制块允许在正常，即平衡操作条件期间和故障，即不平衡操作条件期间，准备好确定电压源转换器应与AC电网络交换的无功功率量。控制器可包含具有电流参考生成器的第二控制块，电流参考生成器基于由第一控制块确定的有功和无功功率量，为每个单相分支确立相应相电流参考。此类型的布置易于允许由电流参考生成器要确立的相电流参考考虑将其确定为期望与AC电网络交换的有功和无功功率量。在本专利技术的另外优选实施例中，电流参考生成器还基于静止α-β参考系内正和负电压序列分量，为每个单相分支确立相应相电流参考，正和负电压序列分量从AC电网络的每个相的实际相电压中推导。利用在静止α-β参考系内表示的正和负电压序列分量避免了以其他方式例如通过使用难以实现并且不可靠（至少相对于弱AC电网络）的锁相环(PLL)或诸如在同步旋转参考系内的表示的某种形式的耗时（并且因此带宽降低）的旋转变换必须使电压源转换器与AC电网络彼此同步的困难。优选地，第二控制块也包含配置成将静止α-β参考系内的分量变换成个别的相位分量的变换模块。变换模块的包括允许电流参考生成器也利用静止α-β参考系内从在单相分支中流动的实际电流推导的正和负电流序列分量，并且因而由此进一步避免了以其他方式必须使电压源转换器和AC电网络同步的困难。可选地，第二控制块也包含配置成限制电流参考生成器能够确立的每个相电流参考的最大值的电流限制器模块。此种电流限制器模块期望地保护每个单相分支和关联相位元件免于受到太高电流的损坏。控制器可包含具有多个相位控制的第三控制块，每个相位控制对应于AC电网络的相应相，并且每个相位控制配置成生成对应单相分支被要求提供的AC电压需求，以便在对应单相分支中流动的电流跟踪确立的相电流参考。对于AC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压源转换器，包括：用于连接到DC电网络的第一和第二DC端子；多个单相分支，每个单相分支包含相位元件，每个相位元件包含配置成将DC电压和AC电压互连的至少一个切换元件，每个相位元件的AC侧可连接到多相AC电网络的相应相，每个单相分支连接在所述第一与第二DC端子之间；以及控制器，配置成彼此独立确定所述电压源转换器应与所述AC电网络交换的有功功率量和所述电压源转换器应与所述AC电网络交换的无功功率量，所述控制器还配置成为每个单相分支确立相应相电流参考，其独立于所述或每个其他相应相电流参考，并且定义每个单相分支被要求从所述AC电网络的对应相汲取或传递到所述AC电网络的对应相的电流以实现与所述AC电网络的所确定的有功功率和无功功率交换。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.04 EP 14275041.31.一种电压源转换器，包括：用于连接到DC电网络的第一和第二DC端子；多个单相分支，每个单相分支包含相位元件，每个相位元件包含配置成将DC电压和AC电压互连的至少一个切换元件，每个相位元件的AC侧可连接到多相AC电网络的相应相，每个单相分支连接在所述第一与第二DC端子之间；以及控制器，配置成彼此独立确定所述电压源转换器应与所述AC电网络交换的有功功率量和所述电压源转换器应与所述AC电网络交换的无功功率量，所述控制器还配置成为每个单相分支确立相应相电流参考，其独立于所述或每个其他相应相电流参考，并且定义每个单相分支被要求从所述AC电网络的对应相汲取或传递到所述AC电网络的对应相的电流以实现与所述AC电网络的所确定的有功功率和无功功率交换。2.如权利要求1所述的电压源转换器，其中所述控制器包含第一控制块，所述第一控制块具有确定要与所述AC电网络交换的所述有功功率量的有功功率控制块和确定要与所述AC电网络交换的所述无功功率量的无功功率控制块。3.如权利要求2所述的电压源转换器，其中所述有功功率控制块包含输出要交换的所述有功功率量的功率控制段，所述功率控制段包含选择性可操作DC电压控制部分和选择性可操作DC功率控制部分，所述DC电压控制部分在所述电压源转换器配置成将能量从所述AC电网络传递到所述DC电网络时操作，并且所述DC功率控制在所述电压源转换器配置成将能量从所述DC电网络传递到所述AC电网络时操作。4.如权利要求3所述的电压源转换器，其中所述有功功率控制块还包含配置成在所述单相分支中流动的所述电流变得不平衡的情况下，修改所述功率控制段的所述输出以便由此变更所述电压源转换器与所述AC电网络交换的所述有功功率量的故障检测段。5.如权利要求4所述的电压源转换器，其中所述故障检测段包含配置成检测所述AC电网络的所述AC电压减小并且其后暂时降低所述电压源转换器与所述AC电网络交换的所述有功功率量的电压电平故障检测器。6.如权利要求4或权利要求5所述的电压源转换器，其中所述故障检测段包含配置成检测所述AC电网络的单相中的接地故障并且其后暂时降低所述电压源转换器与所述AC电网络交换的所述有功功率量的单相故障检测器。7.如权利要求4到6中的任一项所述的电压源转换器，其中所述故障...

【专利技术属性】
技术研发人员：OF贾辛，
申请(专利权)人：通用电器技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH