具有导向开关的模块化多电平换流器制造技术

在高电压直流电(HVDC)电力传输领域中，一种电压源换流器(10)包括至少一个换流器分支(12)，所述换流器分支包括用于在使用中连接到DC网络(18)的第一和第二DC端子(14，16)。所述至少一个或每一个换流器分支(12)包括由用于在使用中连接到AC网络(24)的AC端子(22)分离的第一与第二分支部分(20A，20B)。每一分支部分(20A，20B)包括与链节式换流器(28A，28B)串联连接的主开关元件(26A，26B)，所述链节式转换器可操作以提供阶梯式可变电压。所述电压源换流器(10)还包括控制单元(36)，所述控制单元被编程以：使所述第一第二分支部分(20A，20B)中的每一个中的所述主开关元件(26A，26B)在导电配置与非导电配置之间切换，以使所述对应链节式转换器(28A，28B)选择性地在加入电路与退出电路之间切换，由此每一主开关元件在处于其非导电配置时在非电压支持状态与电压支持状态之间转变；以及在切换为退出电路时操作每一个所述链节式转换器(28A，28B)以产生变化的电压波形(38A，38B)，从而减小所述对应主开关元件(26A，26B)在处于其电压支持状态时所承受的电压范围(40；48)。

Modular multilevel converter with guide switch

In the field of high voltage direct current (HVDC) power transmission, a voltage source converter (10) includes at least one converter branch (12). The converter branch includes the first and second DC terminals (14, 16) connected to the DC network in use. The at least one or every converter branch (12) includes the first and second branch parts (20A, 20B) separated from the AC terminal (22) connected to the AC network (24) in use. Each branch part (20A, 20B) consists of a main switching element (26A, 26B) connected in series with the chain converter (28A, 28B). The chain converter can be operated to provide step variable voltage. The voltage source converter (10) also includes a control unit (36), the control unit is programmed to make the first second of the branch portions (20A, 20B) each of the main switching element in the (26A, 26B) in conducting and non conducting switch configuration configuration. In order to make the corresponding link converter (28A, 28B) in the circuit and selectively adding out of circuit switching between the each main switch element in the non change in non support voltage between state and voltage support conductive state configuration; and the operation of each of the chain type converter in the switching circuit for exit when (28A, 28B) to change the voltage waveform (38A, 38B), thereby reducing the corresponding main switch element (26A, 26B) in the voltage range in the voltage state of the support (40; 48).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有导向开关的模块化多电平换流器
本专利技术涉及用于高电压直流输电(HVDC)的电压源换流器。
技术介绍
在HVDC电力传输中，交流电(AC)电力转换为高电压直流电(DC)电力，以供经由架空线和/或海底缆线进行传输。这一转换降低每千米线和/或缆线的成本，且因此在需要长距离传输电力时有成本效益。一旦传输的电力到达其目标目的地，就将高电压DC电力转换回AC电力，然后分配到本地网络。在有必要互连以不同频率操作的两个AC网络的情形中，也通常将AC电力到DC电力的转换用于电力传输网络中。在AC与DC网络之间的每一连接处都需要换流器，以实现AC电力与DC电力之间的所需转换，电压源换流器是此类形式的换流器的一种。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种用于高电压DC电力传输中的电压源换流器，包括：至少一个换流器分支(converterlimb)，包括用于在使用中连接到DC网络的第一DC端子和第二DC端子，所述至少一个或每一个换流器分支包括由在使用中连接到AC网络的AC端子分离的第一分支部分和第二分支部分，每一分支部分包括与链节式换流器(chain-linkconverter)串联连接的主开关元件(primaryswitchingelement)，所述链节式换流器可操作以提供阶梯式可变电压；以及控制单元，被编程以：使所述第一分支部分和所述第二分支部分中的每一个中的所述主开关元件在导电配置与非导电配置之间切换，以使对应的所述链节式换流器选择性地在加入电路与退出电路之间切换，其中每一个所述主开关元件在处于其非导电配置时在非电压支持状态与电压支持状态之间转变；以及在每一个所述链节式换流器切换为退出电路时操作所述链节式换流器以产生变化的电压波形，从而减小对应的所述主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的电压范围。减小每一个主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的电压范围允许简化与每一个主开关元件相关联的一个或多个辅助电路的设计和操作。举例来说，缓冲电容器和DC均压电阻器可能伴随着给定主开关元件，以用来例如，帮助在主开关元件内的个别开关(individualswitch)间更平均地分配电压，且因此避免原本可能损害或毁坏一个或多个此类个别开关的尖峰电压。缓冲电容器和DC均压电阻器的操作可以得到优化，因为其不需要适应跨越宽电压范围发散的较高与较低电压。因此，与缓冲电容器和电阻器的此类操作相关联的任何损耗可以减到最小。举例来说，这反过来也避免了阶梯式地启动和撤销给定主开关元件内的个别开关的需要。而若非如此，则会不利地影响从相关联主开关元件汲取电力以帮助为与电压源换流器的操作相关联的各种控制系统供电的能力。优选地，控制单元被编程以在每一个所述链节式换流器切换为退出电路时操作每一个所述链节式换流器以产生变化的电压波形，从而将对应主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的电压维持在上限与下限之间的偏差不超过20％的电压范围内。优选地，控制单元被编程以在每一个所述链节式换流器切换为退出电路时操作每一个所述链节式换流器以产生变化的电压波形，从而将对应的主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的电压维持在上限与下限之间的偏差小于10％的电压范围内。将给定主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的电压维持在前述电压范围内将在每一种情况下提供把与给定主开关元件相关联的一个或多个辅助电路的设计和操作优化到所需程度的机会。在本专利技术的优选实施例中，控制单元被编程以在每一个所述链节式换流器切换为退出电路时操作所述链节式换流器以产生变化的电压波形，从而将对应的主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的电压维持在恒定电平。将每一个主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的电压维持在恒定电平的能力意味着，给定主开关元件在此类周期期间将在其原本设计的配置和电压条件下工作，例如，完全切断时流过其中的电流可忽略且其两端电压为恒定的全电压。主开关元件的此类操作已经由原始设计者和制造商优化，因此，主开关元件能够在本专利技术的电压源换流器内以最佳方式工作。优选地，控制单元被编程以操作所述链节式换流器产生变化的电压波形，所述变化的电压波形的形状与在每一个链节式换流器在切换为退出电路时却产生恒定最大电压的情况下，对应的主开关元件在处于其电压支持状态时将要承受的电压波形相同。如此编程的控制单元合乎需要地实现以下操作条件：对应的主开关元件在处于其电压支持状态时承受恒定电压，因此能够以最佳方式工作。所述控制单元可以被编程以在每一个链节式换流器切换为退出电路时操作所述链节式换流器以产生变化的电压波形，所述变化的电压波形包含相应链节式换流器能够提供的最大电压。使控制单元被编程而以此方式操作每一个链节式换流器会使对应的主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的峰值电压最小化，因此允许主开关元件使用具有较低额定电压的开关，这样的主开关元件通常比具有较高额定电压的同等主开关元件更为价格低廉。优选地，控制单元进一步被编程以在对应的主开关元件处于其非导电配置且在非电压支持状态与电压支持状态之间转变时操作每一个链节式换流器以产生过渡电压波形，从而控制所述主开关元件在非电压支持状态与电压支持状态之间转变时所承受的电压的变化率。控制所述主开关元件在非电压支持状态与电压支持状态之间转变时所承受的电压的变化率的能力是合乎需要的，因为其可以帮助减小与此类转变相关联的任何损耗。此外，其也可以帮助减小由本专利技术的电压源换流器产生的电磁干扰的量。在本专利技术的另一优选实施例中，控制单元进一步被编程以在对应的主开关元件在其非电压支持状态与电压支持状态之间转变时操作每一个链节式换流器以产生过渡电压波形，从而将所述主开关元件所承受的电压的变化率限制于预定水平。将所述主开关元件所承受的电压的变化率限制于预定水平是非常有利的，因为其可以进一步确保给定主开关元件始终在其规格限制内工作。附图说明下文是借助于非限制性实例参考以下图式对本专利技术的优选实施例的简要描述，图中：图1示出根据本专利技术的一个实施例的电压源换流器的示意图；图2图示由图1中示出的电压源换流器中的相应链节式换流器产生的不同电压波形以及在对应主开关元件两端产生的电压；图3示出用于对比的在主开关元件处于非导电配置时主开关元件两端的电压；以及图4示出如图2所示的变化的电压波形中的局部放大图以及跨越对应主开关元件两端的伴生电压。具体实施方式根据本专利技术的第一实施例的电压源换流器大体由参考数字10标示，如图1所示。电压源换流器10包括具有第一DC端子14和第二DC端子16的换流器分支12，所述两个DC端子在使用中连接到DC网络18。第一DC端子14具有电压VDC+，而第二DC端子16具有电压VDC-。换流器分支12包括由AC端子22分离的第一分支部分20A与第二分支部分20B，所述AC端子22在使用中连接到AC网络24。根据本专利技术的其它实施例的电压源换流器(未示出)可以包括多于一个换流器分支，且可以例如包括各自对应于相关联三相AC网络的相应相的三个换流器分支。返回到图1中示出的实施例，第一分支部分20A包括与第一链节式换流器28A串联连接的第一主开关元件26A，且第二分支部分20B包括与第二链节式换流器28B串联连接的第二主开关元件26B。每一链节式换流器28A、28B可操作以提供阶梯式可变电压。更本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高电压DC电力传输的电压源换流器，包括：至少一个换流器分支，包括用于在使用中连接到DC网络的第一DC端子和第二DC端子，所述至少一个或每一个换流器分支包括被在使用中连接到AC网络的AC端子分离的第一分支部分和第二分支部分，每一分支部分包括与链节式换流器串联连接的主开关元件，所述链节式换流器能操作以提供阶梯式可变电压；以及控制单元，被编程以：使所述第一分支部分和所述第二分支部分中的每一个中的所述主开关元件在导电配置与非导电配置之间切换，以使对应的所述链节式换流器选择性地在加入电路与退出电路之间切换，其中每一个所述主开关元件在处于其非导电配置时在非电压支持状态与电压支持状态之间转变；以及在每一个链节式换流器切换为退出电路时操作所述每一个链节式换流器以产生变化的电压波形，从而减小对应的所述主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的电压范围。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.17 GB 1506560.01.一种用于高电压DC电力传输的电压源换流器，包括：至少一个换流器分支，包括用于在使用中连接到DC网络的第一DC端子和第二DC端子，所述至少一个或每一个换流器分支包括被在使用中连接到AC网络的AC端子分离的第一分支部分和第二分支部分，每一分支部分包括与链节式换流器串联连接的主开关元件，所述链节式换流器能操作以提供阶梯式可变电压；以及控制单元，被编程以：使所述第一分支部分和所述第二分支部分中的每一个中的所述主开关元件在导电配置与非导电配置之间切换，以使对应的所述链节式换流器选择性地在加入电路与退出电路之间切换，其中每一个所述主开关元件在处于其非导电配置时在非电压支持状态与电压支持状态之间转变；以及在每一个链节式换流器切换为退出电路时操作所述每一个链节式换流器以产生变化的电压波形，从而减小对应的所述主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的电压范围。2.根据权利要求1所述的电压源换流器，其特征在于：所述控制单元被编程以在每一个所述链节式换流器切换为退出电路时操作每一个所述链节式换流器以产生变化的电压波形，从而将对应的所述主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的电压维持在上限与下限之间的偏差不超过20％的电压范围内。3.根据权利要求2所述的电压源换流器，其特征在于：所述控制单元被编程以在每一个所述链节式换流器切换为退出电路时操作每一个所述链节式换流器以产生变化的电压波形，从而将对应的所述主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的电压维持在上限与...

【专利技术属性】
技术研发人员：FJ莫雷诺穆尼奥斯，K费尔希宁，
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