变换器制造技术

一种电力电子变换器（20），用于高压直流电力传输和无功功率补偿。该电力电子变换器（20）包括至少一条变换器支路（22a，22b，22c），该至少一条变换器支路（22a，22b，22c）包括连接到DC网络（30）的第一端子和第二端子（24，26）、以及第三端子（28），所述或每条变换器支路（22a，22b，22c）限定串联连接的、位于所述第三端子（28）与该第一端子和第二端子（24，26）中每个端子之间的第一支路部分和第二支路部分（34，36），每个支路部分（34，36）包括链式变换器（38），每个链式变换器（38）包括串联连接的多个模块，每个模块包括连接到至少一个储能器件的至少一个初级开关元件，每条变换器支路（22a，22b，22c）可受控以选择性地限定承载AC流通电流（54）的流通路径，该AC流通电流（54）被提供至所述DC网络（30）以将提供至所述DC网络（30）的DC电压中的DC纹波最小化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】变换器
本专利技术涉及一种用于高压直流（HVDC）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AC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，AC到DC的变换会具成本效率。AC电到DC电的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，AC和DC电之间的每个接口处均需要变换器，以产生所需的变换，且一种该形式的变换器为电压源变换器（VSC）。AC电通常根据AC相的数量，以一个或多个正弦波的形式进行传输。但电压源变换器的AC侧存在正弦AC波会导致电压源变换器的DC侧和相关DC网络中的高水平DC电压纹波。DC电压纹波通常为AC系统频率的倍数，例如，6次谐波、12次谐波等等。DC网络中存在DC纹波是不利的，这是由于该DC纹波不仅在电力传输上无任何增加的前提下消耗DC传输线路的电压、电流和热容量，而且还妨碍通常不容交流电压应力的低成本电缆的使用，从而提高了DC电力传输线路的安装成本。此外，来自分别连接到在不同频率下工作的AC网络的变换器站的DC纹波分量之间的相互作用导致在相关的AC和DC网络中产生复杂的交叉调制。此外，DC纹波的交变属性在DC电力传输线路和测量换能器、用于稳定变换器控制的控制系统之间，以及在DC电力传输线路和邻近的电话线路之间引起不良干扰，这就增加了对DC电力传输线路的布局进行设计的复杂度。通常，电力站在电压源变换器的DC侧使用DC滤波设备（如无源电感性和电容性元件）来最小化DC纹波。并联电容和串联电感分别与电压源变换器结合使用使电压和电流波纹减小。但电力传输的高压特性意味着采用大型无源电感性和电容性元件是必要的。这不仅增加了正常运行中的电力损耗，而且增加了相关电力站的尺寸、重量和成本，这在具有有限空间包络的位置（如海边风力发电厂）处是非常不利的。此外，无源滤波器针对频率特性具有固定阻抗，因此无法适应DC侧波纹频率中的变化。在需要变换器站临时工作在异常操作模式时或若更多的VSC站以网格方式连接以形成DC电网时，这种变化会自然出现。
技术实现思路
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，该电力电子变换器包括至少一个变换器支路，该至少一个变换器支路包括连接到DC网络的第一端子和第二端子、以及第三端子，所述或每条变换器支路限定串联连接的、位于第三端子和第一端子之间的第一支路部分和位于第三端子和第二端子之间的第二支路部分，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，每个模块包括连接到至少一个储能器件的至少一个初级开关元件，每条变换器支路可受控以选择性地限定承载AC流通电流的流通路径，该AC流通电流被提供至DC网络以将提供至DC网络的DC电压中的DC纹波最小化。能够选择性地限定承载AC流通电流的流通路径的一个或多个变换器支路将提供至DC网络的DC电压中的DC纹波最小化的设置免除了在电力电子变换器的DC侧上对单独DC滤波设备的需求。因此，本专利技术的电力电子变换器比一般的电力变换器成本更低、体积更小、更轻便、更易操作和控制且更为高效。因此，限定承载AC流通电流的流通路径的能力使得电力电子变换器具有兼容于大范围的有功功率和无功功率工作条件的有源滤波能力。优选地，每个支路部分进一步包括与所述链式变换器串联连接的至少一个次级开关元件，所述至少一个次级开关元件可受控以选择性地将相应的支路部分切入或切出电路。与每个支路部分中的链式变换器串联连接的一个或多个次级开关元件的串联组合，以将支路部分切入与切出第三端子与第一端子或第二端子之间的电路，由于这种方式降低了每个链式变换器所需产生的电压范围，因此是有利的。进而可使每个链式变换器中的组件数量最少化。在本专利技术的实施例中，所述或每条变换器支路可受控以将两个所述支路部分同时切入电路以限定流通路径。这种流通路径的创建提供了将提供至DC网络的DC电压中的DC纹波最小化的选择。在这些实施例中，至少两条变换器支路可同时受控以将相应的两个所述支路部分同时切入电路以限定所述流通路径。以这种方式控制两条或多条变换器支路来限定流通路径，增加了各变换器支路电流的平滑度，从而更易控制。在其他实施例中，变换器支路可相继受控以将相应的两个所述支路部分同时切入电路来限定所述流通路径。该特性使得电力电子变换器在该电力电子变换器的工作期间连续地或周期性地限定流通路径。优选地，每条变换器支路可受控以在一预定重叠时段选择性地限定所述流通路径，以控制所述AC流通电流流动的持续时间。该重叠时段的范围可根据电力电子变换器的设计要求和DC网络中DC纹波的形状而改变。在本专利技术的其他实施例中，流通路径可包括用于调节AC流通电流的至少一个电流调节器。一个或多个电流调节器的包含在无需单独的DC滤波设备的情况下提供对将DC纹波最小化程度进行控制的进一步选择。电流调节器可调节AC流通电流的大小，以将提供至DC网络的DC电压中的DC纹波最小化。在这些实施例中，所述或每个电流调节器可以为或可包括所述链式变换器中的至少一个链式变换器和与所述或每个链式变换器串联连接的至少一个初级电感器，所述或每个链式变换器可操作以改变其电压，以改变所述或每个初级电感器两端的电压，从而调节所述AC流通电流的大小。这种结构在无需单独的DC滤波设备的情况下，易使得DC网络中的DC纹波最小化。在其他实施例中，所述或每个电流调节器可以为或可包括至少一个可变初级电感器，所述或每个可变初级电感器可受控以改变其自身的电感，以调节所述AC流通电流。一个或多个可变初级电感器可用于在DC滤波过程中提供有源控制。每个链式变换器的每个模块的所述或每个初级开关元件可受控以配置相应的链式变换器来提供步进式（stepped）可变电压源。该链式变换器的结构使得每个链式变换器可通过将更多模块插入至该链中提供可以递增的阶跃增大的电压，以提供一电压使该电压大于每个单独模块提供的电压。因此，这一结构可使得由每个支路部分的链式变换器所提供的电压改变，从而使链式变换器能够产生复杂电压波形。在进一步的实施例中，所述或每条变换器支路的第三端子可连接到AC网络的相应相上。在这些实施例中，链式变换器可受控以在相应的第三端子处产生AC电压波形。这种特性使得电力电子变换器可进行整流和逆变处理，以便于AC网络和DC网络之间的电力变换。优选地，每个链式变换器可操作以改变自身电压，以在流通路径被限定时在相应的第三端子处产生AC电压波形。实践证明本专利技术的电力电子变换器能够最小化DC网络中的DC纹波，同时便于AC网络和DC网络之间的电力变换。优选地，每条变换器支路可受控以在所述AC电压波形的部分或整个周期限定所述流通路径。在AC电压波形的单个周期期间的流通路径的持续时间可根据电力电子变换器的设计要求和DC纹波的特定可接受极限而改变。优选地，所述AC电压波形为正弦波形的近似逼近。具有最小谐波失真的近乎完美的正弦波形式的AC电流的产生意味着在电力电子变换器的AC侧上无需谐波滤波器来控制电力质量。在本专利技术的实施例中，每个链式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力电子变换器（20），用于高压直流电力传输和无功功率补偿，所述电力电子变换器（20）包括至少一条变换器支路（22a，22b，22c），所述至少一条变换器支路（22a，22b，22c）包括连接到DC网络（30）的第一端子和第二端子（24，26）、以及第三端子（28），所述或每条变换器支路（22a，22b，22c）限定串联连接的、位于所述第三端子（28）与所述第一端子和第二端子（24，26）中每个端子之间的第一支路部分和第二支路部分（34，36），每个支路部分（34，36）包括链式变换器（38），每个链式变换器（38）包括串联连接的多个模块，每个模块包括连接到至少一个储能器件的至少一个初级开关元件，每条变换器支路（22a，22b，22c）可受控以选择性地限定承载AC流通电流（54）的流通路径，该AC流通电流（54）被提供至所述DC网络（30）以将提供至所述DC网络（30）的DC电压中的DC纹波最小化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电力电子变换器(20)，用于高压直流电力传输和无功功率补偿，所述电力电子变换器(20)包括至少一条变换器支路(22a，22b，22c)，所述至少一条变换器支路(22a，22b，22c)包括连接到DC网络(30)的第一端子和第二端子(24，26)、以及第三端子(28)，每条变换器支路(22a，22b，22c)限定串联连接的、位于所述第三端子(28)与所述第一端子和第二端子(24，26)中每个端子之间的第一支路部分和第二支路部分(34，36)，每个支路部分(34，36)包括链式变换器(38)，每个链式变换器(38)包括串联连接的多个模块，每个模块包括连接到至少一个储能器件的至少一个初级开关元件，每条变换器支路(22a，22b，22c)受控以选择性地限定承载AC流通电流(54)的流通路径，该AC流通电流(54)被提供至所述DC网络(30)以将提供至所述DC网络(30)的DC电压中的DC纹波最小化，其中，至少两条变换器支路(22a，22b，22c)同时受控以将相应的两个所述支路部分(34，36)同时切入电路以限定所述流通路径。2.根据权利要求1所述的电力电子变换器(20)，其中，每个支路部分(34，36)进一步包括与所述链式变换器(38)串联连接的至少一个次级开关元件，所述至少一个次级开关元件受控以选择性地将相应的支路部分切入或切出电路。3.根据权利要求1所述的电力电子变换器(20)，其中，所述至少两条变换器支路(22a，22b，22c)相继受控以将相应的两个所述支路部分(34，36)同时切入电路以限定所述流通路径。4.根据权利要求1所述的电力电子变换器(20)，其中，每条变换器支路(22a，22b，22c)受控以在一预定重叠时段选择性地限定所述流通路径，以控制所述AC流通电流流动的持续时间。5.根据权利要求1所述的电力电子变换器(20)，其中，所述流通路径包括用于调节所述AC流通电流的至少一个电流调节器。6.根据权利要求5所述的电力电子变换器(20)，其中，每个电流调节器包括所述链式变换器中的至少一个链式变换器和与每个链式变换器串联连接的至少一个初级电感器，每个链式变换器被操作为改变自身电压，以改变每个初级电感器两端的电压，从而调节所述AC流通电流的大小。7.根据权利要求5所述的电力电子变换器(20)，其中，每个电流调节器包括至少一个可变初级电感器，每个可变初级电感器受控以改变自身的电感，以调节所述AC流通电流。8.根据权利要求1所述的电力电子变换器(20)，其中，每个链式变换器(38)中每个模块的每个初级开关元件受控以配置相应的链式变换器来提供步进式可变电压源。9.根据权利要求1所述的电力电子变换器(20)，其中，每条变换器支路(22a，22b，22c)的所述第三端子(28)被连接到AC网络的相应相上。10.根据权利要求9所述的电力电子变换器(20)，其中，所述链式变换器(38)受控以在相应的第三端子处产生A...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·雷金纳德·特雷纳，蒂莫西·查尔斯·格林，迈克尔·马克·克劳德·梅林，迭戈·索托桑切斯，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：
国别省市：