具有组织成集群的单元的模块化多电平变流器制造技术

一种模块化多电平变流器包括具有组织成集群的单元的相臂和变流器控制结构，变流器控制结构包括控制目标控制装置(12)、至少一个集群选择装置(14A，4B)和集群控制装置(16A，16J)，每个集群一个集群控制单元，其中控制目标控制装置(12)确定为了满足控制目标所需要使用的相臂的单元的数目

Modular Multilevel Converters with Clustered Cells

A modular multi-level converter includes a phase arm and a converter control structure with a clustered unit. The converter control structure includes a control target control device (12), at least one cluster selection device (14A, 4B) and a cluster control device (16A, 16J). Each cluster has a cluster control unit, in which the control target control device (12) determines what is needed to meet the control target. Number of units of the phase arm to be used

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有组织成集群的单元的模块化多电平变流器
本专利技术涉及模块化多电平变流器，以及用于控制该模块化多电平变流器中的单元的方法和计算机程序产品。
技术介绍
模块化多电平变流器在很多不同的电力传输环境中使用是有意义的。它们可以例如用作直流(DC)电力传输系统(诸如高压直流(HVDC))和交流(AC)电力传输系统(诸如柔性交流传输系统(FACTS))中的电压源变流器。在这些变流器中有多个级联单元，每个级联单元包括多个开关和提供单元电压的能量存储元件，其中单元可以被控制，以通过向相臂中插入单元电压或从相臂中退出单元电压来帮助在相臂中形成波形。同时，这些变流器要提供的电压电平已经增加，例如以便以相同或更低的变流器损耗获取增加的电力传递能力。已知800kV及以上的电压电平已经被用于例如超高压直流(UHVDC)系统。一种增强传输能力的明显方法是通过简单地将多个单元堆叠在一起。但是，当这样做时，可能会出现另外的问题。可能难以以合理的低开关频率来调制合成多个单元的电压。可能难以为每个单元实现足够的插入时间以便实现适当的开关动作。可能难以获取能够处理多个输入/输出(I/O)信号的控制结构。提供本专利技术以用于解决这些问题中的一个或多个。
技术实现思路
本专利技术旨在为具有多个单元的模块化多电平变流器提供足够的单元插入时间。根据第一方面，该目的通过一种模块化多电平变流器来实现，该模块化多电平变流器包括具有多个串联连接的单元的至少一个相臂，其中单元被配置用于提供至少一个电压贡献，该至少一个电压贡献帮助交流波形的形成，并且其中相臂的单元被组织成集群，变流器还包括变流器控制结构，该变流器控制结构包括控制目标控制装置、至少一个集群选择装置和多个集群控制装置，每个集群一个集群控制装置，其中控制目标控制装置被配置为确定在当前时间间隔期间为了满足控制目标所需要使用的相臂的单元的数目，并且向集群选择装置通知该数目，集群选择装置被配置为：从每个集群控制装置获取集群电压测量值，使用集群间优先级方案、基于所获取的集群电压测量值来选择至少一个第一集群，以及命令第一集群控制装置控制所选择的第一集群的单元，以用于允许控制目标被满足，以及第一集群控制装置被配置为：根据集群内单元优先级方案，选择第一集群的单元并且控制所选择的单元改变在当前时间间隔中的导电状态。根据第二方面，该目的通过一种控制模块化多电平变流器中的单元的方法来实现，该模块化多电平变流器包括具有多个串联连接的单元的至少一个相臂，该单元被配置用于提供至少一个电压贡献，该至少一个电压贡献帮助交流波形的形成，并且其中相臂的单元被组织成集群，该方法在变流器控制结构中被执行并且包括：确定在当前时间间隔期间为了满足控制目标所需要使用的相臂的单元的数目，从每个集群获取集群电压测量值，使用集群间优先级方案、基于所获取的集群电压测量值来选择至少一个第一集群，以及根据集群内单元优先级方案，选择第一集群的单元并且控制所选择的单元改变当前时间间隔中的导电状态，以用于允许变流器控制结构满足控制目标。根据第三方面，该目的通过一种用于控制模块化多电平变流器中的单元的计算机程序产品来实现，该模块化多电平变流器包括具有多个串联连接的单元的至少一个相臂，该单元被配置用于提供至少一个电压贡献，该至少一个电压贡献帮助交流波形的形成，并且其中相臂的单元被组织成集群，该计算机程序产品包括具有计算机程序代码的数据载体，该计算机程序代码被配置为使变流器控制结构：确定在当前时间间隔期间为了满足控制目标所需要使用的相臂的单元的数目，从每个集群获取集群电压测量值，使用集群间优先级方案、基于所获取的集群电压测量值来选择至少一个第一集群，以及根据集群内单元优先级方案，选择第一集群的单元并且控制所选择的单元改变在当前时间间隔中的导电状态，以用于允许变流器控制结构满足控制目标。本专利技术具有很多优点。分布式控制结构可以降低针对各个控制装置的I/O要求和计算任务。该变流器可以实现低损耗、小的三相交流滤波器要求、独立的无功功率控制和黑启动能力。而且，可以增加每个臂的单元数目而不增加控制结构能力、控制复杂性，并且不降低电容器电压平衡能力。通过使用集群概念，可以在更大程度上进行工厂装配。也可以在要安装变流器的地方进行集群组装，以符合这些要求。可以使集群适合最大合适尺寸和重量以便运输(例如，集装箱)。此外，还可以以集群的形式对较大装置进行工厂测试和烧焊，从而加快现场工作和调试，并且降低新手失败(infantfailures)的可能性。由于整个集群可以作为备用而被保存并且易于被更换，因此可以更轻松地进行维护和维修。附图说明下面将参考附图来描述本专利技术，在附图中：图1示意性地示出了连接在极与地之间并且包括被分组成集群的单元的模块化多电平电压源变流器，图2示意性地示出了为电压源变流器和控制单元集群而提供的变流器控制结构，图3示意性地示出了第一和第二上限电压电平与第一和第二下限电压电平之间的集群电压测量值和单元电压的变化，图4示出了由变流器控制结构的控制目标控制装置执行的多个方法步骤的流程图，图5示出了由变流器控制结构的集群选择装置执行的多个方法步骤的流程图，图6示出了由变流器控制结构的集群控制装置执行的多个方法步骤，图7示意性地示出了控制集群的单元的第一方式，图8示意性地示出了控制集群的单元的第二方式，图9示意性地示出了控制集群的单元的第三方式，以及图10示意性地示出了包括用于实现控制结构的至少部分的计算机程序代码的计算机程序产品计算机程序介质。具体实施方式在下文中，将给出本专利技术的优选实施例的详细描述。图1示出了以基于单元的电压源变流器10或模块化多电平变流器(MMC)形式的多电平变流器的简化变型。变流器用于在交流(AC)与直流(DC)之间进行转换。图1中的变流器10包括由多个相脚组成的三相桥。在这种情况下有三个相脚。然而，应当认识到，作为替代方案，可以存在例如仅两个相脚。因此，存在第一相脚PL1、第二相脚PL2和第三相脚PL3。相脚更具体地连接在第一DC端子DC1与第二DC端子DC2之间，其中第一DC端子可以连接到DC电力传输系统(诸如高压直流(HVDC)电力传输系统)的第一极P1，并且第二DC端子DC2可以连接到地，其中相脚的中点连接到对应应的交流端子ACA、ACB、ACC。在该示例中，相脚分成两个半部：第一上半部分和第二下半部分，其中这样的半部也称为相臂。此外，第一DC极P1具有可以是正的第一电位Udp。因此，第一极P1也可以称为正极。AC端子ACA、ACB、ACC又可以例如经由变压器而连接到AC系统，诸如柔性交流传输系统(FACTS)。第一极P1与第一AC端子ACA、ACB和ACC之间的相臂可以被称为第一相臂或上部相臂，而第一AC端子与地之间的相臂可以被称为第二相臂或下部相臂。HVDC系统可以更具体地是在800kV及以上运行的超高压直流系统(UHVDC)。如上所述，图1所示的类型的电压源变流器仅是可以使用本专利技术的模块化多电平变流器的一个示例。例如，可以将变流器用作无功补偿器件，诸如静态VAR补偿器。图1中描绘的电压源变流器10具有不对称的单极配置。它因此连接在极与地之间。作为替代方案，它可以以对称的单极配置或对称的双极配置连接。在对称的单极配置中，第二DC端子DC2将连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化多电平变流器(10)，包括具有多个串联连接的单元(C1p1，C2p1，C3p1，C4p1，C5p1，C6p1)的至少一个相臂，所述单元被配置用于提供至少一个电压贡献，所述至少一个电压贡献帮助交流波形的形成，并且其中相臂的所述单元被组织成集群(CL1，CL2，CL3)，所述变流器还包括变流器控制结构，所述变流器控制结构包括控制目标控制装置(12)、至少一个集群选择装置(14，14A，14B)和多个集群控制装置(16A，16B，16C，16J)，每个集群一个集群控制装置，其中所述控制目标控制装置(12)被配置为：确定在当前时间间隔期间为了满足控制目标所需要使用的相臂的单元的数目

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种模块化多电平变流器(10)，包括具有多个串联连接的单元(C1p1，C2p1，C3p1，C4p1，C5p1，C6p1)的至少一个相臂，所述单元被配置用于提供至少一个电压贡献，所述至少一个电压贡献帮助交流波形的形成，并且其中相臂的所述单元被组织成集群(CL1，CL2，CL3)，所述变流器还包括变流器控制结构，所述变流器控制结构包括控制目标控制装置(12)、至少一个集群选择装置(14，14A，14B)和多个集群控制装置(16A，16B，16C，16J)，每个集群一个集群控制装置，其中所述控制目标控制装置(12)被配置为：确定在当前时间间隔期间为了满足控制目标所需要使用的相臂的单元的数目并且向所述集群选择装置(14A)通知所述数目，所述集群选择装置(14A)被配置为：从每个集群控制装置(16A，16J)获取集群电压测量值使用集群间优先级方案、基于所获取的所述集群电压测量值来选择至少一个第一集群(CL1)，以及命令第一集群控制装置(16A)控制所选择的所述第一集群的单元，以用于允许所述控制目标被满足，以及所述第一集群控制装置(16A)被配置为：根据集群内单元优先级方案，选择所述第一集群的单元并且控制所选择的所述单元改变所述当前时间间隔中的导电状态。2.根据权利要求1所述的模块化多电平变流器(10)，其中所述集群选择装置还可操作以命令至少一个其他集群控制装置对达到所述相臂的单元的期望数目所需要的任何另外的单元进行控制。3.根据权利要求2所述的模块化多电平变流器(10)，其中所述集群选择装置还可操作以从每个集群控制装置获取与对应集群内的潜在被排除的单元相关的指示，其中第二集群控制装置的命令包括用以补偿被排除的单元的电压的命令。4.根据权利要求3所述的模块化多电平变流器(10)，其中所述被排除的单元包括由于具有等于或高于第一上限电压电平(V1UL)的单元电压、针对第一电流方向而被排除的单元，和/或由于具有等于或低于第一下限电压电平(V1LL)的单元电压、针对第二电流方向而被排除的单元。5.根据权利要求4所述的模块化多电平变流器(10)，其中所述集群电压测量值被允许在第二上限电压电平(V2UL)与第二下限电压电平(V2LL)之间变化，其中所述第二上限电压电平(V2UL)低于所述第一上限电压电平(V1UL)，并且所述第二下限电压电平(V2LL)高于所述第一下限电压电平(V1LL)。6.根据权利要求3至5中任一项所述的模块化多电平变流器(10)，其中所述集群选择装置和每个集群控制装置被配置为在电流过零点处改变优先级方案。7.根据权利要求1至6中任一项所述的模块化多电平变流器(10)，其中所选择的所述集群控制装置可操作以基于单个单元电压是否平衡、根据两电平方案或随机电平方案来控制所述单元。8.根据权利要求1至7中任一项所述的模块化多电平变流器(10)，其中每个集群还包括与集群并联的晶闸管开关，所述晶闸管开关可操作以在所述集群要被旁路的情况下导通。9.一种控制模块化多电平变流器(10)中的单元的方法，所述控制模块化多电平变流器(10)包括具有多个串联连接的单...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·诺加，A·纳米，F·迪吉库伊曾，K·伊尔维斯，冈崎佑平，
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