电压源型变换器制造技术

一种电压源型变换器(30)，包括用于连接至DC电网(58)的第一和第二DC端子(32，34)。电压源型变换器(30)还包括被连接在第一与第二DC端子(32，34)之间的至少一个臂，所述或每个臂包括：相元件(36)，包括多个开关元件(40)以互连DC电网(58)和AC电网(50)；辅助子变换器(38)，被配置为可控制的以充当波形合成器，以修改提供给DC电网(58)的第一DC电压；以及三次子变换器(39)，与电气单元中的相元件(36)连接，辅助子变换器(38)与电气单元并联连接，三次子变换器(39)被配置为可控制的以充当波形合成器，以修改提供给相元件(36)的DC侧的第二DC电压，三次子变换器(39)包括至少一个能量储存器件；其中电压源型变换器(30)还包括控制器(60)，其被配置为选择性地控制所述或每个三次子变换器(39)以合成至少一个三次电压分量，以便传送能量至该三次子变换器(39)或从该三次子变换器(39)传送能量，从而调节该三次子变换器(39)的能量水平。

【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型变换器。
技术介绍
在电力传输网络中，交流(AC)电通常被变换为直流(DC)电，用于经由架空线和/或海底电缆进行传输。这种变换免除了对由传输线或电缆造成的AC电容性载荷效应进行补偿的需要，并且从而降低电线和/或电缆的每公里成本。当需要长距离传输电力时，从AC到DC的变换因而变得有成本效益。AC电力到DC电力的变换还用于需要将运行于不同频率的AC电网进行互连的电力传输网络。在任何这种电力传输网络中，在AC电力与DC电力之间的每个交界处需要变换器来产生所需的变换，并且一种这种形式的变换器是电压源型变换器(VSC)。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方案，提供一种电压源型变换器，包括用于连接至DC电网的第一DC端子和第二DC端子，所述电压源型变换器还包括被连接在所述第一DC端子与第二DC端子之间的至少一个臂，所述或每个臂包括：相元件，包括多个开关元件以互连所述DC电网和AC电网；辅助子变换器，被配置为能够被控制以充当波形合成器，以修改提供给所述DC电网的第一DC电压；以及三次子变换器，在电气单元中与所述相元件连接，所述辅助子变换器与所述电气单元并联连接，所述三次子变换器被配置为能够被控制以充当波形合成器，以修改提供给所述相元件的DC侧的第二DC电压，所述三次子变换器包括至少一个能量储存器件；其中所述电压源型变换器还包括控制器，所述控制器被配置为选择性地控制所述或每个三次子变换器以合成至少一个三次电压分量，以便传送能量至该三次子变换器或从该三次子变换器传送能量并且从而调节该三次子变换器的能量水平。操作电压源型变换器以在AC与DC电网之间传送电力会导致在至少一个能量储存器件中的能量积累(或至少一个能量储存器件的能量损耗)，从而导致至少一个能量储存器件的能量水平偏离参考值。这种偏离是不利的，因为如果过少的能量被储存在给定能量储存器件中，则对应模块能够产生的电压减小，然而如果过多的能量被储存在给定能量储存器件中，则产生过电压问题。前者将需要添加电源以将受影响的能量储存器件的能量水平恢复至参考值，同时后者将需要增大一个或多个能量储存器件的额定电压以防止过电压问题，因而增加了电压源型变换器的总尺寸、重量和成本。另外，如果过少的能量被储存在给定能量储存器件中，则电压源型变换器可能由于欠电压保护而跳闸。根据本专利技术电压源型变换器的配置允许能量被传送至所述或每个三次子变换器或者从所述或每个三次子变换器传送能量，以调节被储存在一个或多个对应能量储存器件中的能量，从而消除了与至少一个能量储存器件的能量水平偏离参考值相关联的问题。可选地，可以改变所述或每个三次电压分量的幅值，以便调整被传送至所述或每个三次子变换器或从所述或每个三次子变换器传送的能量的数量。当电压源型包括在第一DC端子与第二DC端子之间连接的多个臂时，调节每个三次子变换器的能量水平可能涉及平衡多个三次子变换器的能量水平。当多个三次子变换器的能量水平存在不平衡时，这是有用的，上述不平衡可能是由例如从多相AC电网吸取的多个相位电流的不平衡引起的，或者由至少一个三次子变换器的一个或多个模块中的部件故障导致能量储存容量减少而引起的。在本专利技术的实施例中，所述控制器可以被配置为选择性地控制所述或每个三次子变换器以合成至少一个三次电压分量，以便传送能量至该三次子变换器或从该三次子变换器传送能量，从而最小化该三次子变换器的能量水平的净变化。这还增强了所述或每个三次子变换器的能量水平的调节，因此增
强了被储存在给定能量储存器件中能量的任何相关联调节。优选地，在限定时间段(例如，单个电力频率周期)上实施所述或每个三次子变换器的能量水平的调节以最小化该三次子变换器的能量水平的净变化。在本专利技术的其它实施例中，所述控制器可以被配置为选择性地控制所述或每个辅助子变换器，以合成与相应三次电压分量反相的辅助电压分量。控制所述或每个辅助子变换器确保了在产生所述或每个三次电压分量的过程中，所述或相应第二DC电压以及因此所述或相应相元件的AC侧的AC电压保持不被修改。因此，可以在操作电压源型变换器的过程中的任何时刻实施所述或每个三次子变换器的能量水平调节，而不影响AC与DC电网之间的电力传送。所述或每个三次电压分量可以是2次谐波电压分量的正整数倍。当电压源型变换器包括被连接在第一与第二DC端子之间的多个臂时，合成作为2次谐波电压分量的正整数倍的至少一个三次电压分量，使得能够加和第一DC电压，从而提供给DC电网组合的、无纹波的DC电压。优选地，所述或每个三次电压分量是2次谐波电压分量、4次谐波分量、8次谐波分量或10次谐波分量。可以理解地是，所述或每个三次电压分量可以是3(2n-1)±1次谐波电压分量，n是正整数倍。这不仅防止不期望的纹波谐波分量(其每个是6次谐波分量的正整数倍)出现在提供给DC电网的所述或相应第一DC电压中。所述或每个三次电压分量具有与流过对应三次子变换器的电流的电流分量相同的频率。这提供了当传送能量至所述或每个三次子变换器或从所述或每个三次子变换器传送能量时产生有功功率的可靠手段。可选地，所述控制器可以被配置为选择性地控制所述或每个三次子变换器，以相对于流过所述或每个三次子变换器的电流的相位角来修改所述或每个三次电压分量的相位角。以这种方式控制所述或每个三次子变换器允许调整被传送至所述或每个三次子变换器或从所述或每个三次子变换器传送的能量的数量，从而提供调节所述或每个三次子变换器的能量水平的额外方式。另外，可选地，所述控制器可以被配置为选择性地控制所述或每个三次子变换器以合成所述或每个三次电压分量，以与流过该三次子变换器的电流
的电流分量同相。以这种方式控制所述或每个三次子变换器最大化被传送至所述或每个三次子变换器或从所述或每个三次子变换器传送的能量的数量，从而最优化电压源型变换器调节所述或每个三次子变换器的能量水平的操作。根据本专利技术的第二方案，提供一种电压源型变换器，包括用于连接至DC电网的第一DC端子和第二DC端子，所述电压源型变换器还包括被连接在所述第一DC端子与第二DC端子之间的多个臂，每个臂包括：相元件，包括多个开关元件以互连所述DC电网和AC电网；以及辅助子变换器，被配置为能够被控制以充当波形合成器，以修改由所述分支提供给所述DC电网的第一DC电压，其中所述电压源型变换器还包括控制器，所述控制器被配置为选择性地控制每个辅助子变换器以修改相应第一DC电压以包括至少两个辅助谐波分量，每个辅助谐波分量是2次谐波分量的正整数倍。以这种方式配置控制器来控制每个辅助子变换器，使得能够加和第一DC电压，从而留下组合的、无纹波的DC电压提供给DC电网。因为无需相关联滤除硬件来滤除辅助谐波分量，从而允许减小相关联滤除硬件(其被配置为消除存在于每个相元件的AC侧的AC电压中的一个或多个谐波分量)的额定值。优选地，当第一DC电压被加和时，控制器被配置为选择性地控制每个辅助子变换器来修改相应第一DC电压在不同于另外两个第一DC电压的相位上运行，以便消除辅助谐波分量。例如，当电压源型变换器具有三个臂时，当第一DC电压被加和时，每个第一DC电压可以被修改为在与其它两个第一DC电压相差120电角度的相位上运行，以便消除辅助谐波分量。优选地，每个辅助谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压源型变换器，包括用于连接至DC电网的第一DC端子和第二DC端子，所述电压源型变换器还包括被连接在所述第一DC端子与第二DC端子之间的至少一个臂，所述或每个臂包括：相元件，包括多个开关元件以互连所述DC电网和AC电网；辅助子变换器，被配置为能够被控制以充当波形合成器，以修改提供给所述DC电网的第一DC电压；以及三次子变换器，在电气单元中与所述相元件连接，所述辅助子变换器与所述电气单元并联连接，所述三次子变换器被配置为能够被控制以充当波形合成器，以修改提供给所述相元件的DC侧的第二DC电压，所述三次子变换器包括至少一个能量储存器件；其中所述电压源型变换器还包括控制器，所述控制器被配置为选择性地控制所述或每个三次子变换器以合成至少一个三次电压分量，以便传送能量至该三次子变换器或从该三次子变换器传送能量并且从而调节该三次子变换器的能量水平。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.07 EP 13275246.01.一种电压源型变换器，包括用于连接至DC电网的第一DC端子和第二DC端子，所述电压源型变换器还包括被连接在所述第一DC端子与第二DC端子之间的至少一个臂，所述或每个臂包括：相元件，包括多个开关元件以互连所述DC电网和AC电网；辅助子变换器，被配置为能够被控制以充当波形合成器，以修改提供给所述DC电网的第一DC电压；以及三次子变换器，在电气单元中与所述相元件连接，所述辅助子变换器与所述电气单元并联连接，所述三次子变换器被配置为能够被控制以充当波形合成器，以修改提供给所述相元件的DC侧的第二DC电压，所述三次子变换器包括至少一个能量储存器件；其中所述电压源型变换器还包括控制器，所述控制器被配置为选择性地控制所述或每个三次子变换器以合成至少一个三次电压分量，以便传送能量至该三次子变换器或从该三次子变换器传送能量并且从而调节该三次子变换器的能量水平。2.根据任一项前述权利要求所述的电压源型变换器，其中所述控制器被配置为选择性地控制所述或每个三次子变换器以合成至少一个三次电压分量，以便传送能量至该三次子变换器或从该三次子变换器传送能量，从而最小化该三次子变换器的能量水平的净变化。3.根据任一项前述权利要求所述的电压源型变换器，其中所述控制器被配置为选择性地控制所述或每个辅助子变换器，以合成与相应三次电压分量反相的辅助电压分量。4.根据任一项前述权利要求所述的电压源型变换器，其中所述或每个三次电压分量是2次谐波电压分量、4次谐波分量、8次谐波分量或10次谐波分量。5.根据权利要求1至3中任一项所述的电压源型变换器，其中所述或每个三次电压分量是3(2n-1)±1次谐波电压分量，其中n是正整数倍。6.根据任一项前述权利要求所述的电压源型变换器，其中所述或每个三
\t次电压分量具有与流过对应三次子变换器的电流的电流分量相同的频率。7.根据任一项前述权利要求所述的电压源型变换器，其中所述控制器被配置为选择性地控制所述或每个三次子变换器，以相对于流过所述或每个三次子变换器的电流的相位角来修改所述或每个三次电压分量的相位角。8.根据任一项前述权利要求所述的电压源型变换器，其中所述控制器被配置为选择性地控制所述或每个三次子变换器以合成所述或每个三次电压分量，以与流过该三次子变换器的电流的电流分量同相。9.一种电压源型变换器，包括用于连接至DC电网的第一DC端子和第二DC端子，所述电压源型变换器还包括被连接在所述第一DC端子与第二DC端子之间的多个臂，每个臂包括：相元件，包括多个开关元件以互连所述DC电网和AC电网；以及辅助子变换器，被配置为能够被控制以充当波形合成器，以修改由所述分支提供给所述DC电网的第一DC电压，其中所述电压源型变换器还包括控制器，所述控制器被配置为选择性地控制每个辅助子变换器以修改相应第一DC电压以包括至少两个辅助谐波分量，每个辅助谐波分量是2次谐波分量的正整数倍。10.根据权利要求9所述的电压源型变换器，其中每个辅助谐波分量是2次谐波分量、4次谐波分量、8次谐波分量或10次谐波分量。11.根据权利要求9或10所述的电压源型变换器，其中每个臂还包括三次子变换器，所述三次子变换器被配置为能够被控制为充当波形合成器以修改提供给相应相元件的DC侧的相应第二DC电压，并且所述控制器被配置为选择性地控制每个三次子变换器以合成包括至少一个三次谐波分量的电压波形，所述或每个三次谐波分量是6次谐波分量的正整数倍。12.根据权利要求9至11中任一项所述的电压源型变换器，其中每个臂还包括三次子变换器，所述三次子变换器被配置为能够被控制为充当波形合成器以修改提供给对应相元件的DC侧的第二DC电压，并且当相应辅助子变换器被控制为修改相应第一DC电压以包括辅助谐波分量时，所述控制器被配置为选择性地控制每个三次子变换器以将相应第二DC电压修改为偏移整流正弦波形的近似，用于提供给相应相元件的DC侧。13.一种电压源型变换器，包括用于连接至DC电网的第一DC端子和
\t第二DC端子，所述电压源型变换器还包括被连接在所述第一DC端子与第二DC端子之间的至少一个臂，所述或每个臂包括：相元件，包括多个开关元件以互连所述DC电网和AC电网；辅助子变换器，被配置为能够被控制以充当波形合成器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·F·贾西姆，D·R·特莱尼尔，
申请(专利权)人：通用电气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH