转换器制造技术

一种转换器(30)，所述转换器包括用于连接到直流网络(58)的第一直流端子(32)和第二直流端子(34)，所述转换器(30)进一步包括连接在所述第一直流端子(32)与所述第二直流端子(34)之间的至少一个支路，所述或每个支路包括：相元件(36)，所述相元件具有多个开关元件(40)和用于连接到交流网络(50)的至少一个交流端子，所述多个开关元件(40)配置成可切换以选择性地将所述相元件(36)的直流侧处的直流侧电压与所述相元件(36)的交流侧(42)处的交流侧电压互连，所述相元件(36)的每个开关元件(40)配置成具有正向电压阻断能力和反向电压阻断能力；以及连接到所述相元件(36)的所述直流侧的至少一个直流侧子转换器(38、39)，所述或每个直流侧子转换器(38、39)配置成可作为电压合成器操作，其中所述转换器(30)进一步包括控制器(60)，所述控制器(60)配置成选择性地控制所述或每个支路的所述相元件(36)的所述开关元件(40)的所述切换，并且配置成选择性地控制所述或每个支路的所述或每个直流侧子转换器(38、39)作为电压合成器的操作，并且其中所述控制器(60)配置成控制所述或每个支路的所述相元件(36)的所述开关元件(40)的所述切换以提供阻断电压从而限制或阻断故障电流在所述交流网络(50)和直流网络(58)之间流动以及流动通过所述或每个支路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】转换器本专利技术涉及一种转换器。在高电压直流(HVDC)输电网络中，交流(AC)电力通常转换成直流(DC)电力以经由架空线路、海底电缆和/或地下电缆输送。这种转换不需要补偿由输电介质即输电线路或电缆施加的交流电容性负载效应，并且降低每公里线路和/或电缆的成本，从而在需要长距离输电时具备高性价比。直流电力和交流电力之间的所述转换用在必须将直流网络和交流网络互连的输电网络中。在任何所述输电网络中，交流电力与直流电力之间的每个接口处都需要设置转换器以实现所需的转换；即交流电力转换到直流电力，或者直流电力转换到交流电力。根据本专利技术的一个方面，提供一种转换器，所述转换器包括用于连接到直流网络的第一直流端子和第二直流端子，所述转换器进一步包括连接在所述第一直流端子与所述第二直流端子之间的至少一个支路，所述或每个支路包括：相元件，所述相元件具有多个开关元件以及用于连接到交流网络的至少一个交流端子，所述多个开关元件配置成可切换以选择性地将所述相元件的直流侧处的直流侧电压与所述相元件的交流侧处的交流侧电压互连，所述相元件的每个开关元件配置成具有正向电压阻断能力和反向电压阻断能力；以及连接到所述相元件的所述直流侧的至少一个直流侧子转换器，所述或每个直流侧子转换器配置成能够作为电压合成器操作，其中所述转换器进一步包括控制器，所述控制器配置成选择性地控制所述或每个支路的所述相元件的所述开关元件的切换，并且配置成选择性地控制所述或每个支路的所述或每个直流侧子转换器作为电压合成器的操作；并且其中所述控制器配置成控制所述或每个支路的所述相元件的所述开关元件的切换，以提供阻断电压以限制或阻断故障电流在交流网络与直流网络之间流动以及流动通过所述或每个支路。本专利技术的转换器的正常操作涉及所述开关元件的所述切换以及所述或每个直流侧子转换器作为电压合成器的操作，以促进所述交流网络和直流网络之间的电力输送。所期望的是对转换器的设计进行优化，以便提供尺寸、重量和成本节约，同时为转换器提供可靠的故障阻断和穿越(ridethrough)能力。优化转换器设计的一种方式是将转换器中的部件数量减至最小并且将与所述转换器关联的外部硬件的数量减至最小。发生与所述转换器关联的故障可能导致故障电流在交流网络与直流网络之间流动以及流动通过所述或每个支路。所述故障可以是但不限于跨直流端子的短路故障，例如直流网络中的极间(pole-to-pole)直流故障。在本专利技术的转换器中包括具有正向电压阻断能力和反向电压阻断能力的开关元件并且配置有控制器，能够提供所述或每个阻断电压从而限制或阻断在故障电流在所述交流网络与直流网络之间流动以及流动通过所述或每个支路。换言之，限制或阻断故障电流流动所需提供的电压在所述开关元件之间分摊。尽管包括具有正向电压阻断能力和反向电压阻断能力的开关元件可能导致所述转换器的尺寸、重量和成本增加，但是所述增加显著小于由于包括外部故障减减硬件例如断路器而引起的相应增加。所述或每个阻断电压可以配置成对抗所述或每个相元件的交流侧处的交流驱动电压，以便限制或阻断故障电流在所述交流网络和直流网络之间流动以及流动通过所述或每个支路。当在所述交流网络与所述直流网络之间流动以及流动通过所述或每个支路的故障电流是由所述或每个相元件的所述交流侧处的交流驱动电压驱动的情况下，这提供了一种可靠方法来限制或阻断故障电流。在本专利技术的优选实施例中，所述控制器可以配置成协调：所述或每个支路的所述相元件的所述开关元件的切换以提供阻断电压；以及所述或每个支路的所述直流侧子转换器或者至少一个所述直流侧子转换器的操作以便提供合成电压，使得所述阻断电压和合成电压的组合配置成限制或阻断故障电流在所述交流网络与所述直流网络之间流动以及流动通过所述或每个支路。优化转换器设计的另一种方式是将所述或每个直流侧子转换器的电压合成能力设计成使所述或每个直流侧子转换器的过电压合成能力降至最小(可能的情况是，出于安全性和冗余性原因而需要少量的过电压合成能力)。例如，所述或每个直流侧子转换器的电压合成能力可以设计成与所述交流网络和直流网络的正常操作电压要求相对应。响应于故障的发生，所述或每个直流侧子转换器可以操作以提供合成电压，从而限制或阻断故障电流在所述交流网络与直流网络之间流动以及流动通过所述或每个支路。但是，为限制或阻断所述故障电流流动而需要的由所述或每个直流侧子转换器合成的电压通常高于所述或每个直流侧子转换器的电压合成能力，所述电压合成能力设计成与所述交流网络和直流网络的正常操作电压要求相对应。在所述情况下，所述合成电压将不足以限制或阻断所述故障电流流动。因此，为提供用于限制或阻断所述故障电流流动的足够大的合成电压，必需提高所述或每个直流侧子转换器的电压合成能力，进而导致转换器设计在尺寸、重量和成本方面无法达到最优。在本专利技术的转换器中包括具有正向电压阻断能力和反向电压阻断能力的开关元件并且配置有控制器，能够提供所述阻断电压和合成电压的组合，从而限制或阻断故障电流在所述交流网络与直流网络之间流动以及流动通过所述或每个支路。换言之，限制或阻断所述故障电流流动所需提供的电压在所述开关元件以及所述或每个直流侧子转换器之间分摊。这转而允许所述或每个直流侧子转换器的电压合成能力设计成将所述或每个直流侧子转换器的过电压合成能力降至最小，以实现更优化的转换器设计。尽管包括具有正向电压阻断能力和反向电压阻断能力的开关元件可能导致转换器尺寸、重量和成本增加，但是所述增加显著小于由于所述或每个直流侧子转换器的电压合成能力增加而引起的相应增加。因此，本专利技术的转换器的配置因此导致转换器具有可靠的故障阻断和穿越能力，同时允许转换器在尺寸、重量和成本方面基于更优化的转换器设计。所述阻断电压和合成电压的组合可以配置成对抗所述或每个相元件的所述交流侧处的交流驱动电压，以便限制或阻断故障电流在所述交流网络和直流网络之间流动以及流动通过所述或每个支路。当在所述交流网络与所述直流网络之间流动以及流动通过所述或每个支路的故障电流是由所述或每个相元件的所述交流侧处的交流驱动电压驱动的情况下，这提供了一种可靠方法来限制或阻断故障电流。所述或每个直流侧子转换器的配置可以改变，以便能够作为电压合成器操作。所述或每个直流侧子转换器可以包括至少一个模块。所述或每个模块可以包括与至少一个储能装置连接的多个模块开关。所述或每个模块中的所述多个模块开关以及所述或每个储能装置可以布置成能够组合以选择性地提供电压源。所述或每个储能装置可以是能够储存和释放能量以提供电压的任何装置，例如电容器、燃料电池或蓄电池。所述或每个直流侧子转换器可以包括布置成限定链环转换器(chain-linkconverter)的多个串联连接模块。所述链环转换器的结构允许跨所述链环转换器的组合电压积聚到所述链环转换器中，所述组合电压高于自行提供电压的每个个体模块可提供的电压。通过这种方式，每个模块中的所述模块开关的切换使得所述链环转换器提供步进式可变电压源，从而允许使用步进近似法(steppedapproximation)来产生跨所述链环转换器的电压波形。因此，所述链环转换器能够提供宽范围的复杂电压波形。所述或每个支路的所述或每个直流侧子转换器可以包括连接在所述第一直流端子和第二直流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转换器(10)，所述转换器包括用于连接到直流网络(58)的第一直流端子(32)和第二直流端子(34)，所述转换器(10)进一步包括连接在所述第一直流端子(32)与所述第二直流端子(34)之间的至少一个支路，所述或每个支路包括：相元件(36)，所述相元件具有多个开关元件(40)以及用于连接到交流网络(50)的至少一个交流端子，所述多个开关元件(40)配置成可切换以选择性地将所述相元件(36)的直流侧处的直流侧电压与所述相元件(36)的交流侧(42)处的交流侧电压互连，所述相元件(36)的每个开关元件(40)配置成具有正向电压阻断能力和反向电压阻断能力；以及连接到所述相元件(36)的所述直流侧的至少一个直流侧子转换器(38、39)，所述或每个直流侧子转换器(38、39)配置成能够作为电压合成器操作，其中所述转换器(10)进一步包括控制器(60)，所述控制器配置成选择性地控制所述或每个支路的所述相元件(36)的所述开关元件(40)的切换，并且配置成选择性地控制所述或每个支路的所述或每个直流侧子转换器(38、39)作为电压合成器的操作；并且其中所述控制器(60)配置成控制所述或每个支路的所述相元件(36)的所述开关元件(40)的切换，以提供阻断电压以限制或阻断故障电流在所述交流网络(50)与所述直流网络(58)之间流动以及流动通过所述或每个支路。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.12 GB 1602553.81.一种转换器(10)，所述转换器包括用于连接到直流网络(58)的第一直流端子(32)和第二直流端子(34)，所述转换器(10)进一步包括连接在所述第一直流端子(32)与所述第二直流端子(34)之间的至少一个支路，所述或每个支路包括：相元件(36)，所述相元件具有多个开关元件(40)以及用于连接到交流网络(50)的至少一个交流端子，所述多个开关元件(40)配置成可切换以选择性地将所述相元件(36)的直流侧处的直流侧电压与所述相元件(36)的交流侧(42)处的交流侧电压互连，所述相元件(36)的每个开关元件(40)配置成具有正向电压阻断能力和反向电压阻断能力；以及连接到所述相元件(36)的所述直流侧的至少一个直流侧子转换器(38、39)，所述或每个直流侧子转换器(38、39)配置成能够作为电压合成器操作，其中所述转换器(10)进一步包括控制器(60)，所述控制器配置成选择性地控制所述或每个支路的所述相元件(36)的所述开关元件(40)的切换，并且配置成选择性地控制所述或每个支路的所述或每个直流侧子转换器(38、39)作为电压合成器的操作；并且其中所述控制器(60)配置成控制所述或每个支路的所述相元件(36)的所述开关元件(40)的切换，以提供阻断电压以限制或阻断故障电流在所述交流网络(50)与所述直流网络(58)之间流动以及流动通过所述或每个支路。2.根据权利要求1所述的转换器，其中所述或每个阻断电压配置成对抗所述或每个相元件(36)的所述交流侧(42)处的交流驱动电压，以便限制或阻断故障电流在所述交流网络(50)和所述直流网络(58)之间流动以及流动通过所述或每个支路。3.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的转换器，其中所述控制器(60)配置成协调：所述或每个支路的所述相元件(36)的所述开关元件(40)的切换以提供阻断电压；以及所述直流侧子转换器(38、39)或者至少一个所述直流侧子转换器(38、39)的操作以便提供合成电压，使得所述阻断电压和所述合成电压的组合配置成限制或阻断故障电流在所述交流网络(50)与直流网络(58)之间流动以及流动通过所述或每个支路。4.根据权利要求3所述的转换器，其中所述阻断电压和所述合成电压的组合配置成对抗所述或每个相元件(36)的所述交流侧(42)处的交流驱动电压，以便限制或阻断故障电流在所述交流网络(50)和直流网络(58)之间流动以及流动通过所述或每个支路。5.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的转换器，其中所述或每个直流侧子转换器(38、39)包括至少一个模块(52)，所述或每个模块包括与至少一个储能装置(56)连接的多个模块开关(54)，并且所述或每个模块(52)中的所述多个模块开关(54)以及所述或每个储能装置(56)布置成可组合以选择性地提供电压源。6.根据权利要求5所述的转换器，其中所述或每个直流侧子转换器(38、39)包括布置成限定链环转换器的多个串联连接模块(52)。7.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的转换器，其中所述或每个支路的所述或每个直流侧子转换器(38、39)包括连接在所述第一直流端子(32)和第二直流端子(34)之间的至少一个模块(52)，所述或每个模块(52)包括与至少一个储能装置(56)连接的多个模块开关(54)，所述或每个模块(52)中的所述多个模块开关(54)以及所述或每个储能装置(56)布置成可组合以选择性地提供电压源，并且所述控制器(60)配置成控制连接在所述第一直流端子(32)与第二直流端子(34)之间的所述或每个模块(52)的所述模块开关(54)的切换，从而将连接在所述第一直流端子(32)与所述第二直流端子(34)之间的所述或每个模块(52)配置成形成所述第一直流端子(32)和第二直流端子(34)之间的短路或开路。8.根据权利要求5到权利要求7中的任一权利要求所述的转换器，其中所述控制器(60)配置成控制所述或每个模块的所述模块开关(54)的切换，以选择性地将所述或每个对应储能装置(56)插入所述转换器(10)中，从而吸收储存在所述或每个相元件(36)的所述直流侧上的直流侧电感器中的感性电能。9.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的转换器，其中所述控制器(60)配置成控制所述或每个相元件(36)的所述开关元件(40)的硬或软电流切换，以提供所述阻断电压。10...

【专利技术属性】
技术研发人员：DR特赖纳，FJ基维特扎巴尔扎，K韦尔希宁，R怀特豪斯，JC尼科尔斯，
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