电压源转换器的电压平衡制造技术

本申请描述用于实现电压源转换器（VSC）的导向器开关部件的箝位电容器的电压平衡的方法和设备。臂或导向器开关（104）可由串联连接的多个导向器开关部件（200）形成，每个导向器开关部件具有诸如IGBT的半导体开关元件（110）。通常箝位电容器（202）可被连接在IGBT两端。在一些布置中，浮置电源（208）可从箝位电容器（202）汲取功率来为导向器开关部件（200）提供功率。在本申请中，导向器开关部件（200）在电压平衡模式中是可操作的，使得从箝位电容器汲取的功率基于箝位电容器两端的电压来变化。通过此方式，对于从箝位电容器汲取的功率的功率需求可具有电阻性负载的特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电压源转换器的电压平衡本申请涉及电压源转换器并且涉及用于控制电压源转换器的导向器开关以用于电压平衡的方法和设备，并且尤其涉及供高电压配电使用的电压源转换器，并且具体涉及具有带有导向器开关的转换器臂的电压源转换器，所述导向器开关具有多个开关元件，所述多个开关元件中的每个具有关联的箝位电容器。HVDC（高压直流）电功率传输将直流用于电功率的传输。这是更普遍的交流电功率传输的备选方案。存在多个使用HVDC电功率传输的益处。为了使用HVDC电功率传输，通常必要的是，将交流（AC）转换成直流（DC）并且再转换回来。至今，多数的HVDC传输系统一直基于线路换向转换器（LCC），例如比如使用晶闸管阀的六脉冲桥式转换器。LCC使用可通过适当的触发信号而被接通并且只要其被正向偏置且电流保持流动则保持导通的诸如晶闸管的元件。在LCC中，转换器依赖于连接的AC电压以提供从一个阀到另一个阀的换向。然而，越来越多地提出电压源转换器（VSC）供HVDC传输中使用。HVDC使用诸如绝缘栅双极晶体管（IGBT）的开关元件，所述绝缘栅双极晶体管可独立于任何连接的AC系统而可控制地被接通和关断。VSC因此有时被称为自换向转换器。VSC通常包括多个转换器臂，所述转换器臂中的每个将一个DC端子连接到一个AC端子。对于典型的三相AC输入/输出，存在六个转换器臂，其中分别将给定的AC端子连接到高和低DC端子的两个臂形成相分支（phaselimb）。每个转换器臂包括一种设备，所述设备通常被称为阀，并且通常包括可以以期望的序列被切换的多个元件。在经常被称为六开关转换器的已知VSC的一个形式中，每个阀包括串联连接的开关元件（通常是与相应的反并联二极管连接的绝缘栅双极晶体管（IGBT））的集合。阀的IGBT被一起切换以电连接或断开相关的AC和DC端子，其中给定的相分支的阀通常被反相切换。通过对每个臂使用脉冲宽度调制（PWM）类型开关方案，可实现AC和DC电压之间的转换。在被称为模块化多电平转换器(MMC)的另一已知类型的VSC中，每个阀包括具有串联连接的多个单元(cell)的链接链路电路，每个单元包括诸如电容器的能量存储元件和开关布置，所述开关布置可被控制以便将能量存储元件连接在单元的端子之间或者将能量存储元件旁路。单元有时被称为子模块，其中多个单元形成模块。控制阀的子模块以在不同时间连接它们相应的能量存储元件或将它们相应的能量存储元件旁路，以便随时间的推移而变化多个单元两端的电压差。通过使用相对大量的子模块并且对该切换进行适当地定时，阀可综合近似于期望的波形（例如正弦波）的步进波形，以便以低水平的谐波失真来从DC转换到AC或从AC转换到DC。由于各个子模块被单独地切换并且来自切换单独的子模块的电压变化是相对小的，因此避免了与六开关转换器关联的多个问题。在MMC设计中，每个阀被连续操作经过AC循环，其中相分支的两个阀被同步切换以提供期望的电压波形。最近，提出了变体转换器，其中在转换器臂中提供了一系列连接的单元的链接链路以用于提供如所描述的步进电压波形，但是每个转换器臂在AC循环的至少部分内被关断。因此，用于电压波整形的多个串联连接的单元与臂开关串联连接，所述臂开关被称为导向器开关，所述导向器开关可在相关的转换器臂处于关断状态中并且不导通时被关断。这样的转换器被称为交替臂转换器(AAC)。在WO2010/149200中描述了这样的转换器的示例。图1图示了已知的交替臂转换器（AAC）100。示例转换器100具有三个相分支101a-c，每个相分支具有将相关的AC端子102a-c连接到高侧DC端子DC+的高侧转换器臂以及将相关的AC端子102a-c连接到低侧DC端子DC-的低侧转换器臂。每个转换器臂包括串联连接的单元的电路布置103，布置103与臂开关104以及电感105串联。将注意的是，图1图示了单个臂电感，但是本领域技术人员将领会，臂电感实际上可沿AC端子与DC端子之间的臂被分布。电路布置103包括串联连接的多个单元106。每个单元106具有可选择性地串联连接在单元的端子之间或被旁路的能量存储元件。在图1中所示出的示例中，每个单元106具有分别用于高侧和低侧连接的端子107a、107b并且包括作为能量存储元件的电容器108。电容器108与单元开关元件109（例如带有反并联二极管的IGBT）连接，以允许单元的端子107a和107b经由将电容器108旁路的路径或经由包括串联连接的电容器108的路径而被连接。在图1中所图示的示例中，每个单元包括以全H桥式布置的四个单元开关元件109，使得电容器可在使用中被连接以在端子107a与107b之间提供正或负电压差。然而，在一些实施例中，单元中的至少一些单元可包括以半桥式布置的开关元件，使得可将电容器旁路或连接电容器以提供给定极性的电压差。这样的串联连接的单元的电路布置103可因此操作以提供电压电平，所述电压电平可随时间的推移而被变化以提供如上面讨论的用于波整形的步进电压波形。电路布置103有时被称为链接链路电路或链接链路转换器或者仅被称为链接链路。在本公开中，用于提供控制的电压的这样的串联连接的单元的电路布置103应被称为链接链路。在AAC转换器中，每个转换器臂中的链接链路103与臂开关104串联连接，所述臂开关104在本文中将被称为导向器开关，所述导向器开关可包括多个串联连接的臂开关元件110。转换器臂的导向器开关可例如包括带有关断能力的高电压元件（例如带有反并联二极管的IGBT或诸如此类）。在特定转换器臂导通时，链接链路103按序列被切换以便以与在上面关于MMC类型转换器描述类似的方式提供期望的波形。然而，在AAC转换器中，相分支的转换器臂中的每个转换器臂在AC循环的部分内被关闭，并且在这样的时段期间，导向器开关104被关断。在转换器臂因此处于关断状态中并且不导通时，在导向器开关和链接链路电路之间共享臂两端的电压。与MMC类型VSC相比，对于AAC类型转换器的每个转换器臂的链接链路的所要求的电压范围因此被减小，其中因此节省了转换器的成本和大小。如上面提到的，导向器开关104通常由多个串联连接的IGBT形成。IGBT通常与用于导向器开关的单独开关元件之间的静态电压共享的平衡电阻器并联连接。另外，可存在位于IGBT之后的用来在关断瞬态事件期间减轻电压过冲的箝位缓冲器电路，所述箝位缓冲器电路包括电容器和二极管。在这样的布置中可出现的一个问题是导向器开关的开关元件（例如IGBT和关联的箝位电容器）两端的电压不平衡。本公开因此涉及解决电压不平衡问题的用于电压源转换器的控制的方法和设备。因此，根据本专利技术，提供有控制电压源转换器的导向器开关部件（unit）的方法，所述导向器开关部件包括半导体开关元件以及在半导体开关元件两端连接的关联的箝位电容器，所述方法包括，在电压平衡模式中：在电压平衡模式中操作导向器开关部件，使得从箝位电容器汲取的功率基于箝位电容器两端的电压来变化。通过在电压平衡模式中操作，使得从箝位电容器汲取的功率随箝位电容器的电压变化，而不是具有恒定的功率特性，可实现多个串联连接的导向器开关部件的箝位电容器的电压平衡。在电压平衡模式中，对于从箝位电容器汲取的功率的功率需求可具有电阻性负载的特性。因此随着箝位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制包括半导体开关元件（110）和在所述半导体开关元件（110）两端连接的关联的箝位电容器（202）的电压源转换器的导向器开关部件（200）的方法，所述方法包括在电压平衡模式中：在电压平衡模式中操作所述导向器开关部件（200），使得从所述箝位电容器（202）汲取的功率基于所述箝位电容器（202）两端的电压来变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.17 EP 16184528.41.一种控制包括半导体开关元件（110）和在所述半导体开关元件（110）两端连接的关联的箝位电容器（202）的电压源转换器的导向器开关部件（200）的方法，所述方法包括在电压平衡模式中：在电压平衡模式中操作所述导向器开关部件（200），使得从所述箝位电容器（202）汲取的功率基于所述箝位电容器（202）两端的电压来变化。2.如权利要求1中所述的方法，其中在所述电压平衡模式中，对于从所述箝位电容器（202）汲取的功率的功率需求具有电阻性负载的特性。3.如权利要求1或2中所述的方法，其中所述方法包括：在所述电压平衡模式中，基于所述箝位电容器（202）的所述电压来变化从所述箝位电容器（202）汲取功率的电源（208）的所述功率需求。4.如权利要求3中所述的方法，包括比较所述箝位电容器电压与至少一个电压阈值（402）并且基于所述比较来确定功率需求，其中如果所述箝位电容器电压（VCL）低于第一阈值，则所述功率需求具有第一值，并且如果所述箝位电容器电压（VCL）高于所述第一阈值，则所述功率需求具有第二更高的值。5.如权利要求1或2中所述的方法，其中所述方法包括：在所述电压平衡模式中，基于所述箝位电容器（202）的所述电压变化来自所述箝位电容器（202）的电流需求。6.如权利要求5中所述的方法，其中所述电流需求具有与所述箝位电容器（202）的所述电压成比例的分量和/或与虚拟电阻值（R虚拟）成反比的分量。7.如权利要求6中所述的方法，其中选择所述虚拟电阻值以给出处于最大预期的箝位电容器电压（VCL-MAX）的预定的额定功率。8.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：FJ基维特扎巴尔扎，DR特赖纳，JL乌特勒姆，CDM奥亚茨，CC戴维森，
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