具有集成电流传感器的模块化多电平变流器单元制造技术

本公开涉及一种用于MMC功率变流器的相支路的模块化单元(3)。该单元包括功率存储设备(9)、多个半导体开关(10)、单元控制器(6)和电流传感器(4)。电流传感器连接在单元中的电流传导线路和单元控制器之间，用于测量通过单元的电流并且向单元控制器发信号通知与所述所测量的电流相关的信息。单元控制器包括光学通信接口(8)，并且被配置为通过所述光学通信接口将与所测量的电流相关的信息转发到更高等级控制器。

Modular Multilevel Converter Unit with Integrated Current Sensor

The present disclosure relates to a modular unit (3) for a phase branch of a MMC power converter. The unit comprises a power storage device (9), a plurality of semiconductor switches (10), a unit controller (6) and a current sensor (4). The current sensor is connected between the current conduction circuit in the unit and the unit controller to measure the current passing through the unit and send signals to the unit controller to inform the information related to the measured current. The unit controller includes an optical communication interface (8) and is configured to forward information related to the measured current to a higher level controller through the optical communication interface.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成电流传感器的模块化多电平变流器单元
本公开涉及用于在模块化多电平变流器中进行电流测量的设备和方法。
技术介绍
模块化多电平功率变流器(MMC)也称为链式链路变流器(CLC)，包括：多个变流器单元；或变流器子模块，其串联连接在变流器分支中；或相支路，其又可以以星形、三角形、直接或间接变流器拓扑布置。每个变流器单元包括形式为半桥或全桥电路的电容器以及功率半导体开关，该电容器用于存储能量，该功率半导体开关(诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件、栅极关断晶闸管(GTO)器件、集成栅极换向晶闸管(IGCT)器件、或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件)用于将电容器连接到具有一个或两个极性的变流器分支。MMC可以用于电力传输系统，诸如静态同步补偿器(STATCOM)、直接或间接拓扑中的频率变流器、以及高电压直流(HVDC)输电。出于控制和保护原因，在变流器中必须进行相支路电流测量。图1图示了三角形拓扑中的典型MMC，其中点1和点2之间的相支路具有电流i12，该电流i12由连接在相支路与变流器的中央控制单元的接地输入/输出(I/O)板之间的传感器(换能器)测量。如果变流器是高电压变流器，则因为相和地之间的电压差很高，所以传感器需要大量的绝缘。高电压变流器可以位于专用房间或建筑物中，并且传感器及其绝缘可以位于进入所述房间或建筑物的穿墙套管中。控制功能可以包括：-电流控制；-单元排序和/或选择算法；保护功能可以包括：-过电流保护；-半导体热模型；由于MMC变流器可以被设计为用于高电压(几个10kV：s，例如，U12＝36kVrms)，因此电流测量可能比较昂贵，或者由于高绝缘水平，市场上可能没有可用的传感器。必须针对图1的电压U0设计电流换能器的绝缘，其在正常操作中大约为U12/sqrt(3)或在故障(三相系统中的接地故障)情况下甚至大约为U12。降低绝缘水平的另一备选方案是将电流传感器置于每个单独单元中作为单元电路的集成部分。然后，传感器可以连接在相的每个单元中的电流传导线路与单元的单元控制器之间，每个均处于高电压电位，从而降低必须由绝缘处置的电压差。然而，由于相支路的每个单元必须获知目前电流，所以每个单元必须具有其自身的电流测量传感器，其增加了变流器的成本。US2014/0210431公开了一种多单元电源，用于从源接收功率并在输出端子处向负载输送功率。该多单元电源包括耦合到源的第一功率单元、以及第一电流传感器电路。第一功率单元提供第一输出电流，并且包括第一输出端子以及第二输出端子，第一输出端子耦合到多单元电源的参考节点，第二输出端子耦合到输出端子。第一电流传感器电路包括第一电流传感器和电源。第一电流传感器耦合到第一功率单元的第一输出端子，并且测量第一输出电流。电源耦合到第一功率单元的参考节点或浮动接地节点，并且向第一电流传感器提供功率。因此，电流传感器电路位于功率单元外部，但是连接到功率单元以测量其输出电流。电流传感器电路以及功率单元可以各自具有光纤接口，其用于与中央控制器通信，由此可以经由中央控制器将与所测量的电流相关的信息从电流传感器电路转发到功率单元。
技术实现思路
根据本专利技术，通过使用电流传感器来解决现有技术的问题，该电流传感器集成在MMC的每个相的单元中，因此电流传感器电路是单元模块的一部分。然而，为了降低变流器的成本和复杂性，并非所有单元都具有集成电流传感器。相反，通过在中央控制器与包括电流传感器的单元模块的本地单元控制器之间的光学接口，向更高等级控制器发信号通知与由传感器所执行的电流的测量相关的信息。然后，可能在中央控制器处理之后，该信息可以被转发到该相的其他单元模块，从而确保该相中的所有单元都具有关于相电流的最新信息。借助于光学接口，电流传感器与接地的更高等级控制器绝缘。根据本专利技术的一方面，提供了用于MMC的相支路的模块化单元。该单元包括功率存储设备、多个半导体开关、单元控制器和电流传感器。电流传感器连接在单元中的电流传导线路和单元控制器之间，用于测量通过单元的电流并且向单元控制器发信号通知与所述所测量的电流相关的信息。单元控制器包括光学通信接口，并且被配置为通过所述光学通信接口将与所测量的电流相关的信息转发到更高等级控制器。根据本专利技术的另一方面，提供了MMC，该MMC包括至少一个相支路，每个相支路包括多个串联连接的单元，所述单元中的至少一个或多个单元是根据本公开的模块化单元方面。根据本专利技术的另一方面，提供了方法，该方法由被包括在MMC的相支路中的单元中的单元控制器执行。该方法包括从电流传感器接收信息，该电流传感器连接在单元中的电流传导线路和单元控制器之间。该信息与电流传导线路的所测量的电流相关。该方法还包括：通过光学通信接口将所接收的信息转发到更高等级控制器。根据本专利技术的另一方面，提供了计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可执行组件，用于当计算机可执行组件在被包括在单元控制器中的处理器电路上运行时，使得单元控制器执行本公开的方法。应当指出，在适当情况下，各方面中的任一方面的任一特征可以应用于任何其他方面。同样地，各方面中的任一方面的任一优点可以应用于其他方面中的任一方面。根据以下详细公开内容、所附从属权利要求以及附图，所附实施例的其他目的、特征和优点将显而易见。通常，除非本文另有明确定义，否则权利要求中使用的所有术语要根据它们在
中的普通含义来解释。对“一/一个/元件、装置、部件、手段、步骤等”的所有引用除非另有明确说明，否则将被公开解释为指代元件、装置、部件、手段、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文中所公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序执行。对于本公开的不同特征/部件使用“第一”、“第二”等仅旨在将特征/部件与其他类似特征/部件区分开，而不是将特征/部件赋予任何顺序或层次。附图说明参考附图通过示例对实施例进行描述，其中图1是根据现有技术的具有电流传感器的MMC的实施例的示意图。图2是根据本专利技术的MMC的实施例的示意图。图3是根据本专利技术的具有集成传感器电路的MMC的单元模块的实施例的示意电路图。图4是根据本专利技术的具有电流传感器的MMC的控制拓扑的实施例的示意框图。具体实施方式现在，以下参考附图对实施例进行更全面的描述，附图中示出了某些实施例。然而，在本公开的范围内，许多不同形式的其他实施例也是可能的。相反，通过示例提供以下实施例，使得本公开是彻底和完整的，并且向本领域技术人员充分传达本公开的范围。在整个说明书中，相同的附图标记是指相同的元件。当在本文中提及电位时，它能够与相对于地测量的电压互换。图2是MMC1，例如，高电压MMC的实施例的示意电路图。MMC1可以用于电力传输系统，诸如STATCOM、直接或间接拓扑中的频率变换器、或HVDC输电。具有相应电流i1、i2和i3的一个或多个(高电压)相位u、v和w经由输入线路(例如，经由穿过变流器1所在的房间或建筑物的墙壁的套管)输入到变流器1。在该示例中，MMC采用具有三个相支路2的三角形配置，但是本专利技术的实施例还可以是相支路的任何其他配置和数目。每个相支路2包括多个级联(串联连接)单元(也称为单元模块)3。在附图中，与指示电流方向的箭头组合，变流器1中的电流称为“i”，而电压称为“U”。单元3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化单元(3)，用于模块化多电平功率变流器MMC(1)的相支路(2)，所述单元包括：功率存储设备(9)；多个半导体开关(10)；单元控制器(6)；以及电流传感器(4)；其中所述电流传感器(4)连接在所述单元(3)中的电流传导线路与所述单元控制器(6)之间，以用于测量通过所述单元的电流并且向所述单元控制器发信号通知与所述测量的电流相关的信息；以及其中所述单元控制器(6)包括光学通信接口(8)，并且被配置用于通过所述光学通信接口将与所述测量的电流相关的信息转发到更高等级控制器(41；42)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种模块化单元(3)，用于模块化多电平功率变流器MMC(1)的相支路(2)，所述单元包括：功率存储设备(9)；多个半导体开关(10)；单元控制器(6)；以及电流传感器(4)；其中所述电流传感器(4)连接在所述单元(3)中的电流传导线路与所述单元控制器(6)之间，以用于测量通过所述单元的电流并且向所述单元控制器发信号通知与所述测量的电流相关的信息；以及其中所述单元控制器(6)包括光学通信接口(8)，并且被配置用于通过所述光学通信接口将与所述测量的电流相关的信息转发到更高等级控制器(41；42)。2.根据权利要求1所述的单元，其中所述单元控制器(6)还被配置用于通过所述光学通信接口接收与所述相支路(2)的(一个或多个)其他单元中的电流测量相关的信息。3.根据权利要求1或2所述的单元，其中所述电流传导线路相对于地测量的电压至少为10kV。4.根据任一前述权利要求所述的单元，其中所述单元控制器(6)相对于地测量的电压至少为10kV。5.根据任一前述权利要求所述的单元，其中所述电流传导线路与所述单元控制器之间的电位差小于10kV。6.根据任一前述权利要求所述的单元，其中所述单元控制器(6)被配置为通过所述光学接口(8)向所述更高等级控制器(41...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·巴克曼，S·赫罗尔德，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH