电压源转换器及其控制方法技术

一种ＶＳＣ转换器，在每个阀中包括：一个第一关断型半导体器件（２４），第一关断型半导体器件具有第一高电平的电压阻挡额定量；以及与第一关断型半导体器件并联连接的多个第二关断型半导体器件（２５－２９）的串联连接，第二关断型半导体器件具有第二较低电平的电压阻挡额定量。该转换器的控制装置（２３）被配置成：通过控制第二半导体器件被接通、然后控制第一半导体器件以一延迟被接通来将所述阀切换至从所述阀的正向偏置阻挡状态开始的导通状态，并在导通状态结束时先于关断第二半导体器件而关断第一半导体器件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种电压源转换器(VSC)以及一种对电压源转换器(VSC)进行控制的 方法。该转换器用于将直流电压转换成交流电压以及将交流电压转换成直流电压，该转换 器具有被配置成与该转换器的直流电压侧的极性相反极连接的至少一个相臂，该转换器包 括至少两个电流阀的串联连接，所述阀包括至少一个关断型半导体器件以及与该关断型半 导体器件反并联连接的一个整流部件，阀的所述串联连接的中点形成相输出端，该相输出 端被配置成连接至该转换器的交流电压侧，该转换器还包括这一装置该装置被配置成控 制所述阀的所述半导体器件在所述相输出端上根据脉宽调制(PWM)模式生成具有确定幅 度的脉冲列。
技术介绍
要控制的转换器可具有任何数目的所述相臂，但是它通常具有三个这种相臂，以 使转换器的交流电压侧有三相交流电压。此类型的电压源转换器可用于各种情况，其中要将直流电压转换成交流电压或者 要将交流电压转换成直流电压，其中这种应用的例子是在HVDC (高压直流)电厂的电站中， 其中通常将直流电压转换成三相交流电压或者将三相交流电压转换成直流电压，或者在所 谓背对背电站中，其中首先将交流电压转换成直流电压、然后将该直流电压转换成交流电 压，以及在SVC(静态无功补偿器)中，其中直流电压侧由一个或多个自由悬挂的电容器构 成。然而，本专利技术不限于这些应用，而是还可考虑其它应用，比如在用于机器、车辆等的不同 类型的驱动系统中那样。这种电压源转换器的每个相臂可具有多于两个的电流阀，于是这种电压源转换器 可在所述相输出端上递送多于两个的不同幅度或电平的脉冲，比如在NPC型转换器(中性 点被钳位)中那样。每个这种阀还可具有为了能够一起阻挡将在阀的阻挡状态下被阻挡的 电压而串联连接的多个所述关断型功率半导体器件。在这种转换器中通常使用IGBT (绝缘 栅双极晶体管)作为关断型半导体器件，但是任何这种半导体器件比如IGCT(集成栅换向 晶闸管)都落入本专利技术的范围内。为了说明本专利技术但不以任何方式限制本专利技术，在附图1中仅示意性地示出了此类 型的二电平转换器。此VSC转换器1具有三个相臂2、3、4，每个相臂具有两个电流阀5-10， 每个电流阀由至少一个关断型半导体器件(比如IGBT 11)以及与该关断型半导体器件反 并联连接的二极管12形式的整流部件构成。每个相臂的中点形成相输出端13、14、15，以便 通过相电抗器16、17、18连接至三相交流电压网络19。每个相臂的极性相反端连接至转换 器的直流电压侧的极性相反极20、21，比如直流电压网络22的正极和负极导体。转换器具有装置23，装置23被配置成控制阀的半导体器件11在相应的相输出端 上根据脉宽调制(PWM)模式生成具有确定幅度的脉冲列，以在交流电压网络19的相应线上 产生交流电压。当例如阀7的半导体器件接通时，相输出端15上将产生正脉冲，代替之，如 果阀10的半导体器件接通，则相输出端15上将产生具有相同幅度的负脉冲。在待生成于相输出端15上的交流电压的正半周内，阀7的半导体器件将被交替地接通和关断以生成正 脉冲列，而在所述交流电压的负半周内，阀10的半导体器件将被交替地接通和关断。脉冲 数目(即，在通过此控制获得的交流电压的时段内根据此脉宽调制产生的脉冲的数目)通 常可高达15-25，以便在将滤波设备的成本保持在可接受的水平的同时在交流电压侧获得 吸引人的曲线形状。阀的半导体器件中产生不可忽略的损耗。这些损耗有两种类型，即，在半导体器件 的导通状态下产生的导通损耗以及当半导体器件接通或关断时产生的开关损耗。高开关损 耗的问题当然随着开关频率的升高(即，所述脉冲数目的增加)而愈发重要。具有低电平的 电压阻挡额定量的半导体器件的开关损耗显著低于具有较高电平的电压阻挡额定量的这 种半导体器件的开关损耗，因此可以代替具有较高电平的电压阻挡额定量的一个或几个这 种半导体器件而将具有较低电平的电压阻挡额定量的更多数目的这种半导体器件串联连 接，以由此显著减小所考虑的阀的开关损耗。然而，这于是将导致阀的较高导通损耗，因为 具有较高电平的电压阻挡额定量的半导体器件具有显著较低的导通损耗。举例来说，对于 脉冲数目23，串联连接的五个1200伏IGBT的开关损耗是1300 μ，相比之下，一个6500伏 IGBT的开关损耗是12000 μ ；然而，所述串联连接的导通损耗是8000 μ，而所述单个6500 伏IGBT的导通损耗是3200 μ。因而，对于意在用于这种VSC转换器的每个应用来说，当确 定要在转换器的每个所述阀中串联连接的这种关断型半导体器件的数目时，存在导通损耗 与开关损耗之间的权衡。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供在引言中定义的类型的转换器，以解决上述关于转换器的阀 中产生的损耗的问题，以使得有可能相对于这种已知转换器降低这种阀中产生的总损耗。根据本专利技术，此目的是通过提供在引言中定义的类型的转换器而实现的，该转换 器的特征在于，每个所述阀包括一个第一关断型半导体器件，第一关断型半导体器件具有 第一高电平的电压阻挡额定量；以及与第一关断型半导体器件并联连接的多个第二关断型 半导体器件的串联连接，第二关断型半导体器件具有第二较低电平的电压阻挡额定量，并 且其特征在于，所述控制装置被配置成通过控制所述第二半导体器件被接通、然后控制所 述第一半导体器件以一延迟来被接通来将所述阀切换至从所述阀的正向偏置阻挡状态开 始的导通状态，其中所述延迟足以使所述阀上的电压下降至在所述阀的所述正向偏置阻挡 状态下所述阀上的电压的小于10%的一小部分电压，所述控制装置还被配置成在导通状 态结束时，足够地提前于关断所述第二半导体器件而关断所述第一半导体器件，以使得所 述第一半导体器件中载流子的大多数复合能够在第二半导体器件的所述关断之前发生。因而，当所述阀上的电压低时，具有高电平的电压阻挡额定量的所述第一半导体 器件将接通和关断，从而开关损耗将由具有较低电平的电压阻挡额定量的所述第二半导体 器件的配置决定，而电流将在所述阀的导通状态期间流过所述第一半导体器件，所述第一 半导体器件于是将决定所述阀的导通损耗。这意味着具有高电平的电压阻挡额定量的半 导体器件的低导通损耗可以与具有较低电平的电压阻挡额定量的半导体器件的低开关损 耗相结合，从而可以显著降低所述阀的损耗而不牺牲转换器的良好性能。根据本专利技术的一个实施例，串联连接并且与一个所述第一半导体器件并联连接的所述第二半导体器件的数目为> 3、3-10或4-7。这些数目是每个第一半导体器件的这种第 二半导体器件的合适数目，但应指出第一半导体器件的数目当然可以相对多，比如20个， 在此情形下，所述阀中的第二半导体器件的数目完全可以是约100个。于是所述第一高电 平/所述第二低电平的关系约等于与所述第一半导体器件并联连接的第二半导体器件的 数目，以充分利用每个这种半导体器件的特性，同时兼顾其成本。根据本专利技术的另一个实施例，所述控制装置被配置成控制所述阀递送脉冲数目为 P ^ 10、13-40或15-25的所述脉宽调制模式，其中脉冲数目被定义为在所述相输出端上、在 通过所述控制获得的交流电压的时段内、根据所述脉宽调制模式产生的脉冲的数目。当脉 冲数目P相对高、使得具有高电平的电压阻挡额本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压源转换器（ＶＳＣ），所述转换器用于将直流电压转换成交流电压以及将交流电压转换成直流电压，所述转换器具有被配置成与所述转换器的直流电压侧的极性相反极（２０、２１）连接的至少一个相臂（２－４），所述转换器包括至少两个电流阀（５－１０）的串联连接，所述阀包括至少一个关断型半导体器件以及与所述关断型半导体器件反并联连接的一个整流部件，阀的所述串联连接的中点形成相输出端（１３－１５），所述相输出端被配置成连接至所述转换器的交流电压侧，所述转换器还包括装置（２３），所述装置（２３）被配置成控制所述阀的所述半导体器件在所述相输出端上根据脉宽调制（ＰＷＭ）模式生成具有确定幅度的脉冲列，其特征在于，每个所述阀包括：一个第一关断型半导体器件（２４），所述第一关断型半导体器件具有第一高电平的电压阻挡额定量；以及与所述第一关断型半导体器件并联连接的多个第二关断型半导体器件（２５－２９、３７）的串联连接，所述第二关断型半导体器件具有第二较低电平的电压阻挡额定量，并且其特征在于，所述控制装置（２３）被配置成：通过控制所述第二半导体器件被接通、然后控制所述第一半导体器件以一延迟来被接通来将所述阀切换至从所述阀的正向偏置阻挡状态开始的导通状态，其中所述延迟足以使所述阀上的电压下降至在所述阀的所述正向偏置阻挡状态下所述阀上的电压的小于１０％的一小部分电压，所述控制装置（２３）还被配置成：在所述导通状态结束时，足够地提前于关断所述第二半导体器件而关断所述第一半导体器件，以使得所述第一半导体器件（２４）中载流子的大多数复合能够在所述第二半导体器件（２５－２９、３７）的所述关断之前发生。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：贡纳尔阿斯普隆德，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]