可配置的混合转换器电路制造技术

一种针对适用于高压直流(DC)输电和无功功率补偿的混合电压源转换器的电路(22)。该电路(22)包括电相互连接的元件(元件1到元件20)的组件，该组件包括多个第一元件(元件1到元件6)和多个第二元件(元件7到元件20)。所述第一元件和所述第二元件中的每一个可被配置为被旁路、被断开或者包括一个或更多个电子部件的电路装置，以在使用中构建混合电压源转换器，该混合电压源转换器包括至少一个第一元件和至少一个第二元件，并且其中包括在所述第一元件或各个第一元件中的电路装置与包括在所述第二元件或各个第二元件中的电路装置不同。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可配置的混合转换器电路本专利技术涉及针对适用于高压直流(DC)输电和无功功率补偿的混合电压源转换器的电路。在输电网络中通常将交流(AC)电力转换为直流(DC)电力，以便经由架空线和/或海底电缆传输。该转换去除了对于补偿传输线或电缆施加的AC电容性负载效应的需要，因而降低了每千米线路和/或电缆的成本。当要经过长距离输电时，从AC到DC的转换因而变得有成本效益。在必须将工作在不同频率的AC网络相互连接的输电网络中，也利用AC电力到DC电力的转换。 在任何这种输电网络中，在AC和DC电力的各个接口处需要转换器以实现所要求的转换，并且这种转换器的一种形式是电压源转换器(VSC)。电压源转换器可以采用控制电流流动的基于半导体技术的开关。当与提供暂时能量存储的无源部件组合时，这些开关的迅速操作的能力允许以最小的损耗将实际上任何形式的电力转换为不同的形式。使这种电力转换高效并且紧凑的重点集中在增加工作频率方面的发展，以使得可以减小无源部件的大小。对于涉及高电压的电力转换设备，不期望高频率切换，因为高频率切换对绝缘产生很大压力，并且串联半导体开关必须被配置为在这些开关的最差的工作参数内工作。转换器损耗因此变得夸大。电力转换设备中的无源部件(诸如电容器和电感器)的大小通常很大以适应包括限制电压变化和调节电流流动的各种任务。另外，为了安全的目的，还可以通过围绕转换器设置电绝缘或保护性导电屏蔽来增加电力转换方案的大小。转换器的大小和重量还影响HVDC站的占地面积，因为房地产的高成本,这样的成本可能很高。已知电压源转换器使用具有绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 114的6开关(2级)和3级转换器拓扑110、112，如图Ia和图Ib所示。IGBT装置114被串联连接在一起并被切换以使得能够实现10丽到100丽的高功率等级。然而，这种传统方法可能要求复杂且有源的IGBT驱动器，并且通常要求大的无源缓冲器部件来确保IGBT装置114的串联串两端的高电压在转换器切换期间适当地共享。另夕MGBT装置114需要在AC电源频率的各个周期上在高电压导通和截断多次，以控制馈到AC网络的谐波电流。这些因素导致高损耗、高级别的电磁干扰和复杂的设计。还已知电压源转换器使用诸如图2所示的多级转换器装置116。在这种传统的多级转换器116中，转换器桥或者单元118串联连接，各个单元118在不同的时间被切换。传统的多级转换器装置116消除了与串联连接的IGBT装置114的直接切换相关联的问题，因为各个单元118不同时切换并且转换器电压阶跃相对较低。然而各个单元118要求大的DC链接电容器120来承载基频和直流分量。要求6个DC侧电抗器以实现转换器分支的并联连接和工作，并且该6个DC侧电抗器122主要用于限制这些转换器分支之间的瞬时电流流动。这些因素导致具有相当大量的存储能量的昂贵的、大型的且沉重的设备。这使得该设备的预组装、测试和运输很困难。根据本专利技术的一方面，提供了一种针对适用于高压直流(DC)输电和无功功率补偿的混合电压源转换器的电路，该电路包括电相互连接的元件的组件，该组件包括多个第一元件和多个第二元件，所述多个第一元件和多个第二元件中的每一个被配置为被旁路、被断开或者包括一个或者更多个电子部件的电路装置，以在使用中构建混合电压源转换器，该混合电压源转换器包括至少一个第一元件和至少一个第二元件，并且其中包括在所述第一元件或各个第一元件中的电路装置与包括在所述第二元件或各个第二元件中的电路装置不同。本专利技术的电路有助于生成电压源转换器结构，在该电压源转换器结构中，至少两个不同的电路装置彼此连接因而有助于生成具有各个电路装置的不同优点的混合结构。根据所采用的实际电路装置，这些优点可以包括降低DC链接电容、降低DC侧电抗、简化串联IGBT转换器部件以及降低能量损耗。电相互连接的元件的组件有效地限定了用于构建混合电压源转换器的灵活电路 结构，允许这种电力转换器的设计者将标准电路装置包括在所选择的元件中，同时将其它元件旁路或者断开其它元件，因而容易地允许生产电压源转换器的各种不同的可能配置。本专利技术的电路因此提供了用于标识针对特定电力转换问题的最好的可能配置的有效装置，使得电压源转换器的多个不同配置能够迅速地经受调查、比较和优化。因此，使得能够缩短开发转换器设计所需要的时间。电相互连接的部件的组件所提供的灵活性使得包括所述电路的混合电压源转换器能够应付不同的AC网络和DC网络的要求，并且所述电路优选地包括在使用中可连接到AC网络的AC端子和在使用中可连接到DC网络的DC端子。在这些实施方式中，电相互连接的元件的组件优选地包括相互连接在所述AC端子与所述多个第一元件之间的多个第二元件中的第一组以及相互连接在所述多个第一元件与所述DC端子之间的多个第二元件中的第二组。该设置使电路的灵活性最大化，允许AC电力线和/或DC电力线中包括一个或者更多个第二元件。为了进一步使所述电路的灵活性最大化，所述多个第二元件中的第三组优选地相互连接在由所述多个第二元件中的第二组限定的中性点连接与所述DC端子之间。在本专利技术的实施方式中，所述多个第一元件中的每一个可被配置为包括串联连接的多个半导体开关。这种设置允许实现混合电压源转换器中的串联连接的半导体开关的接近零电压的与或(and or)电流切换、降低切换损耗以及简化控制动态和稳态电压共享所要求的硬件。在本专利技术的其它实施方式中，所述多个第一元件中的每一个可配置为包括多个半导体开关，所述多个半导体开关被连接以限定多级转换器元件，以使得能够生成多级转换器而不影响混合电压源转换器的其它元件。所述多个第二元件中的每一个优选地可配置为包括-至少一个能量存储装置，以提供标称固定电压源；和/或-至少一个模块，所述模块或各个模块包括能量存储装置，该能量存储装置与至少一对半导体开关连接，该至少一对半导体开关在使用中可控，以提供连续可变电压源。优选地，在至少一个第二元件可配置为包括至少一个模块的实施方式中，所述第二元件或各个第二元件可配置为包括多个模块，所述多个模块被串联连接以限定链式链接转换器元件。在这些实施方式中，用于切换的循环路径被包含在所述模块中，该循环路径提供最小的自感并且使得切换操作更有效。所述模块或者各个模块可以包括能量存储装置，所述能量存储装置按照半桥设置与一对半导体开关并联连接，以限定2象限单极模块，所述2象限单极模块可产生零电压或正电压并且可沿两个方向传导电流。在其它实施方式中，所述模块或者各个模块可以包括能量存储装置，所述能量存储装置按照全桥设置与两对半导体开关并联连接，以限定4象限双极模块，所述4象限双极模块可产生零电压、正电压或者负电压并且可沿两个方向传导电流。 所述能量存储装置或者各个能量存储装置可以连接到辅助电力总线，以使得有功功率被传送到所述能量存储装置或各个能量存储装置中或者从所述能量存储装置或各个能量存储装置传送出来，以维持电压平衡。在其它实施方式中，所述能量存储装置或各个能量存储装置可暂时连接到外部电压源以使所述能量存储装置复位。优选地，所述能量存储装置或者各个能量存储装置是电容器，该电容器可被充电以存储能量并且可被插入到电路中以提供电压阶跃。在其它实施方式中，所述能量存储装置或者各个能量存储装置可以是电池、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：W·克鲁克斯，D·特拉内尔，C·D·M·奥特斯，C·C·戴维森，
申请(专利权)人：阿尔斯通电网英国有限公司，
类型：
国别省市：