一种用于高压直流电力传输以及无功功率补偿的电力电子变换器(30)，所述电力电子变换器(30)包括定义星形连接(36)的三个相元件(32)和变换器单元(34)，变换器单元(34)包括三个交流端子(54)以及用于在使用时连接到直流网络(56)的第一直流端子(50)和第二直流端子(52)，所述变换器单元(34)包括在使用时可在控制之下促成交流网络(44)和直流网络(56)间的电力变换的多个开关元件(70、74)，电力电子变换器(30)进一步包括连接于第一直流端子(50)与第二直流端子(52)之间的第三直流端子(78)，所述第三直流端子(78)连接于星形连接(36)的公共结点(40)来定义辅助连接(82)，所述辅助连接(82)包括连接于公共结点(40)和第三直流端子(78)之间的至少一个移能电阻器(84)，其中变换器单元(34)的开关元件(70、74)在使用时可在控制之下将各交流端子(54)的相电压改为包括三倍数次谐波电压分量，以耗散所述或每个移能电阻(84)在三倍数次谐波频率处的实际功率。
【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用于高压直流电力传输及无功功率补偿的电力电子变换器。
技术介绍
在电力传输网络中，为了经由架空线路和/或海底电缆进行传输，通常将交流(AC)电变换为直流(DC)电。这种变换免除了对由传输线或电缆引入的交流电容性负载影响进行补偿的需要，从而降低了线路和/或电缆的每公里成本。因此当需要长距离传输电力时，交流到直流的变换会具成本效率。交流到直流的电力变换也用于需将在不同频率下工作的AC网络进行互连的电力传输网络。在任一这样的电力传输网络中，交流和直流电力间的每个接口均需要变换器10，以实现所需的变换，如图1所示。在交流到直流电力变换期间，变换器10从交流网络12输入功率，再将功率输出于直流网络14，这样变换器10中的功率变化通常为O。然而，变换器10的直流侧出现故障会导致直流网络14的功率需求突然下降，从而导致输出至直流网络14的功率降低。然而，由于交流网络12中的发电源(如风力发电厂)不会立即关闭，变换器继续从交流网络10输入功率。这就导致变换器10中累积过量实际功率，而这一过量实际功率无法完全存储于直流链电容器16或变换器10的其他容性部件内，因为它们具有有限的储能性能。变换器10中存在过量实际功率不仅可使得变换器硬件部件过压，而且可导致交流网络12的发电机加速，从而引起交流电压频率增高。这两种情况可能会对变换器硬件以及与其相连的交流网络12和直流网络14造成损害。—种最小化变换器10中的过量实际功率的不利影响的解决方案是使用如下形式的附加硬件:将串联连接的移能电阻器(dump resistor) 18和IGBT20，与变换器10的直流链电容器16并联连接，如图2所示。在变换器10内的过量实际功率增高期间，直流链电容器16开始吸收过量实际功率。在此期间，IGBT20被导通，以将移能电阻器18切入电路，这使得电流流经移能电阻18，由此使得过量实际功率通过移能电阻器18得以耗散。由于串联连接的移能电阻器18和IGBT20与直流链电容器16并联连接，移能电阻器18和IGBT20中的每一者均需具备匹配或超过直流链电压的额定电压以确保变换器10可靠运行。为了获得所需的额定电压，可能需要增大移能电阻器18的尺寸及重量和/或IGBT20的数量，这导致变换器硬件尺寸、重量和成本总体增加。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种电力电子变换器，用于高压直流电力传输以及无功功率补偿，所述电力电子变换器包括定义星形连接的三个相元件，在该星形连接中，每个相元件的第一端均连接于公共结点，所述电力电子变换器进一步包括变换器单元，该变换器单元包括三个交流端子以及在使用时连接到直流网络的第一直流端子和第二直流端子，每个交流端子与所述星形连接中相应的相元件的第二端串联连接，所述变换器单元包括多个开关元件，所述多个开关元件在使用时可在控制之下促成所述交流网络和所述直流网络之间的电力变换，所述电力电子变换器进一步包括连接于所述第一直流端子和所述第二直流端子之间的第三直流端子，所述第三直流端子连接于所述星形连接的所述公共结点以定义辅助连接，所述辅助连接包括连接于所述公共结点和所述第三直流端子之间的至少一个移能电阻器，其中所述变换器单元的所述开关元件在使用时可在控制之下将每个交流端子处的相电压改为包括三倍数次谐波电压分量，从而耗散所述或每个移能电阻在三倍数次谐波频率处的实际功率。移能电阻器相对于上述变换器单元的布置能够使电力电子变换器通过向每个交流端子处的相电压引入三倍数次谐波电压分量来移除过量实际功率。由于星形连接的公共结点处的电压等于各相电压的平均值，相电压的任意非三倍数次谐波电压分量在公共结点处相抵消，即公共结点处出现的电压的幅值与三倍数次谐波电压分量的幅值相等。这样，在移能电阻器两端出现三倍数次谐波电压分量，这使得在对应的三倍数次谐波频率处的过量实际功率能够在移能电阻器中耗散。使用变换器单元中的开关元件来启动电力变换和过量实际功率移除可简化或消除为了从电力电子变换器中移除过量实际功率而对独立的开关硬件的需要。这不仅降低了变换器硬件的成本、尺寸和重量，而且简化了电力电子变换器30的操作程序和控制方案。另外，所述或每个移能电阻器仅需被额定为在星形连接的公共结点处的三倍数次谐波电压分量的幅值，与要求移能电阻器的额定电压匹配或超过直流链电压的全额幅值的常规电力电子变换器相比，这使得硬件尺寸、重量和成本降低。因此，在电力电子变换器的辅助连接中提供至少一个移能电阻器得到一种更具成本效率的从电力电子变换器(其具有能够产生同时含基波和三倍数次谐波分量的交流相电压的拓扑结构)移除过量实际功率的方式。在本专利技术的实施例中，所述变换器单元的所述开关元件在使用时可在控制之下将每个交流端子处的相电压改为同时包括基波电压分量和三倍数次谐波电压分量。变换器单元以这种方法的工作使得过量实际功率移除程序很容易被集成于电力变换过程，以使电力电子变换器能够连续工作。否则在启动过量实际功率移除程序之前可能需要中断电力电子变换器的正常工作。优选地，每个三倍数次谐波电压分量具有相同的幅值。在每个交流端子处产生相同幅值的三倍数次谐波电压分量使变换器单元的开关元件能够针对每个交流端子执行标准开关操作，由此简化电力电子变换器的控制方案。优选地，电力电子变换器进一步包括串联连接于所述第一直流端子和所述第二直流端子中的每一个与所述第三直流端子之间的至少一个直流链电容器。包括直流链电容器使电力电子变换器能够通过最小化直流纹波的出现来调整呈给直流网络的直流电压。在其他实施例中，每个相元件可包括变压器绕组。星形连接可定义变压器的二次侧，在变压器中，星形连接中的每个变压器绕组与变压器的一次侧处相应的初级绕组相互耦合，每个初级绕组经由线电感器连接于三相交流网络的相应相。这使得每个相元件能够在使用时与三相交流网络的相应相可操作地相关联。在更多的实施例中，所述变换器单元进一步包括三条变换器支路，每个变换器支路包括所述交流端子中的相应一个交流端子，每个变换器支路定义第一支路部分和第二支路部分，第一支路部分串联连接于所述交流端子和所述第一直流端子之间，第二支路部分串联连接于所述交流端子和所述第二直流端子之间，每个支路部分包括链式变换器，每个链式变换器包括串联连接的多个模块，每个模块包括连接于至少一个储能器件的至少一个主开关元件，每个链式变换器的所述或每个主开关元件在使用时可操作为使得所述串联连接的多个模块定义阶梯可变的电压源。通过将多个模块(其中每个模块提供一电压)插入至链式变换器，链式变换器的结构能够累积形成比单个模块所提供的电压高的组合电压。通过改变组合电压的值，链式变换器可操作为产生振幅和相角可变的电压波形。这样，每个支路部分的链式变换器能够将相应的相元件的相电压改为包括三倍数次谐波电压分量和/或基波电压分量。在使用链式变换器的实施例中，每个支路部分可进一步包括与相应的链式变换器串联连接的至少一个辅开关元件，每个支路部分的所述或每个辅开关元件在使用时可在控制之下将相应的链式变换器切入或切出电路。每个支路部分的所述或每个辅开关元件和链式变换器以这种方式工作，使得电力电子变换器能够实现整流与逆变过程，从而促成交流网络与直流网络之间的电力变换。在每个支路部分中，一个或多个开关元本文档来自技高网...
【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：戴维·雷金纳德·特雷纳，纳姆迪·奥卡密，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：
国别省市：
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