專利名稱：變換器的制作方法
變換器本發(fā)明涉及在高壓直流(HVDC)電力輸送以及無功功率補償中使用的電壓源變換
ο在HVDC電力輸送中，將交流(AC)電力變換成高壓直流(DC)電力，以經(jīng)由架空線路和/或海底電纜進行輸送。這種變換降低了每千米線路和/或電纜的成本，從而當需要長距離輸送電力時，這種變換是成本有效的。一旦所輸送的電力達到其目標目的地，就會在分配給本地網(wǎng)絡之前將高壓DC電力變換回AC電力。在需要互連兩個以不同頻率工作的AC網(wǎng)絡的情況下，通常也在電力輸送網(wǎng)絡中使用AC電力到DC電力的變換。在AC和DC網(wǎng)絡之間的每個接口處，都需要變換器來實現(xiàn)AC電力和DC電力之間所需的變換，并且，一種這類形式的變換器是電壓源變換器(VSC)。在圖Ia中示出了一種形式的已知電壓源變換器，并且該電壓源變換器包括六組串聯(lián)連接的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)24和反并聯(lián)二極管(anti-paralletl diode)。將 IGBT 24 一起串聯(lián)地連接并切換，使得能夠實現(xiàn)10到100MW的高功率等級。然而，這種方法需要復雜的且有源的IGBT驅動，并且需要大型無源緩沖元件 (passive snubber component)來確保串接的IGBT 24串上的高壓在變換器切換期間適當?shù)鼐?。此外，在AC電源頻率的每個周期，IGBT 24需要以高壓開啟和關斷若干次，以控制饋送到AC網(wǎng)絡20的諧波電流。這些因素導致了較高的損耗、較高級別的電磁干擾以及復雜的設計。在圖Ib中示出了另一種已知的電壓源變換器，并且該電壓源變換器包括多級變換器布置。多級變換器布置包括串聯(lián)連接的變換器橋或變換器單元26，每個變換器單元26 包括與電容器28并聯(lián)連接的一對串聯(lián)連接的IGBT 27。每個變換器單元26在不同的時刻進行切換，并且這種布置消除了與直接切換串聯(lián)連接的IGBT相關聯(lián)的問題，原因在于各個變換器單元26不是同時切換的，并且變換器步進是相當小的。然而，每個變換器單元26的電容器28必須具有較高的電容值來抑制多級變換器中的電容器端的電壓變化。還需要六個DC側電抗器30來實現(xiàn)變換器分支(limb)的并聯(lián)連接和操作，并且這六個DC側電抗器30主要用于限制變換器分支之間的瞬變電流。這些因素導致了具有大量儲能的昂貴的、較大的以及較重的設備，使得該設備的預組裝、測試和運輸都很困難。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種在高壓DC電力輸送和無功功率補償補償中使用的電壓源變換器，該電壓源變換器包括至少一個變換器分支，該至少一個變換器分支包括用于在使用時連接到DC網(wǎng)絡的第一和第二 DC端和用于在使用時連接到AC網(wǎng)絡的AC 端，所述或每個變換器分支限定了第一和第二分支部分，每個分支部分包括至少一個開關元件，所述至少一個開關元件與鏈式變換器串聯(lián)連接在所述第一和第二 DC端中的相應一端與AC端之間，所述第一和第二分支部分中的開關元件能夠操作用于在相應的DC端和所述AC端之間將相應的鏈式變換器接入電路以及將鏈式變換器從該電路斷開，并且鏈式變換器能夠操作用于在AC端產(chǎn)生電壓波形。
在每個分支部分中與鏈式變換器串聯(lián)連接的、用于在相應的DC端和AC端之間將該分支部分接入電路以及將該分支部分從電路斷開的一個或多個開關元件的串聯(lián)組合是有優(yōu)勢的，這是因為其降低了每個鏈式變換器需要產(chǎn)生的電壓范圍。這進而允許最小化每個鏈式變換器中的元件的數(shù)量。優(yōu)選地，每個鏈式變換器在相應的分支部分從電路斷開時可操作用于產(chǎn)生用于抵消該分支部分兩端的電壓并從而使相應開關元件兩端的電壓最小化的電壓。該特征是有優(yōu)勢的，在于其允許電壓源變換器以比開關元件的額定電壓更高的電壓電平進行操作。這允許構造操作范圍獨立于可用開關元件的額定電壓的電壓源變換器。 因而，其允許構造具有比其它可能的更大的操作范圍的電壓源變換器，并且還允許使用具有相對較低的額定電壓的開關元件。在各分支部分從電路斷開時降低該分支部分的開關元件兩端的電壓也是有益的， 在于其在相應的開關元件在斷開和閉合位置之間進行切換時使開關損失最小化。優(yōu)選地，每個分支部分的鏈式變換器包括串聯(lián)連接的模塊的鏈，每個模塊包括與蓄能設備并聯(lián)連接的至少一對次級開關元件，次級開關元件在使用中是可操作的，使得模塊的鏈限定步進式的可變電壓源。使用串聯(lián)連接的模塊的鏈允許每個鏈式變換器通過將額外的模塊插入到該鏈中來提供可以以遞增的步長增加的電壓，以提供比每個單獨模塊提供的電壓更高的電壓。因而，這樣的布置允許每個分支部分的鏈式變換器所提供的電壓發(fā)生變化，以允許在AC端產(chǎn)生電壓波形。在連接到電壓源變換器的電網(wǎng)中發(fā)生故障，導致在電壓源變換器中產(chǎn)生較高的故障電流的情況下，可以操作鏈式變換器中的模塊的次級開關元件，以將模塊插入鏈，以提供與其它非故障電網(wǎng)的驅動電壓對抗并從而降低電壓源變換器中的故障電流的電壓。在本發(fā)明的實施方式中，鏈式變換器中的所述或每個模塊可以包括兩對次級開關元件，該兩對次級開關元件以全橋布置與相應的蓄能設備并聯(lián)連接，以限定能夠提供正或負電壓并能夠在兩個方向上傳導電流的4象限雙極性模塊。4象限雙極性模塊的提供正或負電壓的能力意味著每個鏈式變換器兩端的電壓可以由提供正或負電壓的模塊的組合來構成。因此通過控制所述模塊在提供正或負電壓之間進行交替，可以將單獨蓄能設備中的能量級別維持在理想級別。在每個分支部分的鏈式變換器中使用全橋模塊還使得該鏈式變換器能夠提供AC 端的輸出電壓，該輸出電壓超過連接到第一和第二 DC端的DC網(wǎng)絡的DC電壓。 所述或每個蓄能設備可以是能夠存儲并釋放其電能以提供電壓的任何設備，并且因而可以包括電容器、燃料電池、電池組或具有相關聯(lián)的整流器的輔助AC發(fā)電機。這種靈活性在于不同位置處設計變換器站時是有用的，在不同的位置處設備的可用性可能由于交通問題的地點而發(fā)生變化。例如，在近海風力農(nóng)場上，每個模塊的蓄能設備可以是連接到風力渦輪機的輔助AC發(fā)電機。每個分支部分的所述或每個開關元件優(yōu)選地包括半導體器件，并且可以包括絕緣柵雙極晶體管、柵極可關斷晶間管或集成柵極換流晶閘管。每個鏈式變換器還優(yōu)選地包括至少一個半導體器件，并且可以包括絕緣柵雙極晶體管、柵極可關斷晶閘管或集成柵極換流晶閘管。
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使用半導體器件是有優(yōu)勢的，這是因為這種設備在大小和重量上是較小的，并且具有相對較低的功率損耗，這將冷卻設備的需要最小化。因而，這帶來了電力變換器成本、 大小和重量的顯著降低。在本發(fā)明的實施方式中，電壓源變換器可以包括多個變換器分支，每個分支包括用于連接到多相AC網(wǎng)絡的相應相的AC端。在這種電壓源變換器中，每個變換器分支中的開關元件和鏈式變換器的串聯(lián)連接獨立于其它變換器分支中的串聯(lián)連接而操作，并且因而只影響連接到相應AC端的相，并且對連接到其它變換器分支的AC端的相沒有影響。優(yōu)選地，每個分支部分中的鏈式變換器可操作用于產(chǎn)生在使用時對抗AC或DC網(wǎng)絡中故障產(chǎn)生的電流流動的電壓。在每個分支中，鏈式變換器的額定電壓和所述或每個開關元件的額定電壓可以相等。然而，在其它實施方式中，在每個分支中，鏈式變換器的額定電壓和所述或每個開關元件的額定電壓可以不相等，以優(yōu)化變換器的成本、大小、重量、效率和/或性能。第一和第二分支部分中的開關元件優(yōu)選地可操作用于將鏈式變換器同時接入電路，以重新設置鏈式變換器元件中的任何電壓漂移?，F(xiàn)在將參考附圖，通過非限制性示例的方式來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，在附圖中圖Ia和圖Ib以示意性的形式示出了用于HVDC電力輸送的現(xiàn)有電壓源變換器；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的電壓源變換器；圖3示出了圖2中的電壓源變換器的鏈式變換器的結構；圖4示出了使用圖3中所示的鏈式變換器對50Hz波形的合成；圖5示出了圖3中所示的鏈式變換器的全橋模塊；圖6示出了

圖1中所示的電壓源變換器的AC相連接端的正弦電壓波形的產(chǎn)生；以及圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的電壓源變換器。在圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的電壓源變換器37。電壓源變換器37包括變換器分支34，該變換器分支34具有第一 DC端36、第二 DC 端38以及AC端44。變換器分支34限定第一分支部分34a和第二分支部分34b，各分支部分包括開關元件40，該開關元件40在第一 DC端36和第二 DC端38中的相應一端與AC端 44之間與鏈式變換器42串聯(lián)連接。在圖2中所示的實施方式中，第一分支部分34a和第二分支部分34b中的每一個的開關元件40連接到AC端44，并且第一分支部分34a和第二分支部分34b中的每一個的鏈式變換器42連接到相應的DC端36、38。第一分支部分34a和第二分支部分34b中的每一個的鏈式變換器42與開關元件 40的串聯(lián)連接意味著，在其它實施方式中，它們可以以反向順序在AC端44和相應的DC端 36、38之間連接。AC端44連接到變壓器32。在其它實施方式中，AC端44可以連接到一個或更多個額外的變壓器和/或一個或更多個電感器。第一 DC端36連接到DC網(wǎng)絡22的正端46，該正端46攜帶的電壓為+VDC/2，其中，Vdc是DC網(wǎng)絡22的DC電壓范圍。第二 DC端38連接到DC網(wǎng)絡22的負端48，該負端48攜帶的電壓為_Vdc/2。一對DC側電容器50a、50b串聯(lián)連接在第一 DC端36和第二 DC端38之間，在DC 側電容器50a、50b之間的接合處提供到地52的連接。到地52的連接確保在連接到AC端 44的變壓器32上存在零凈DC電壓。在其它實施方式中，設想到的是，可以將到地52的連接移動到連接到AC端44的變壓器32的中性點(星點)。參考圖3，第一分支部分3 和第二分支部分34b中的每一個的鏈式變換器42包括串聯(lián)連接的模塊M的鏈，每個模塊M包括兩對次級開關元件陽，該兩對次級開關元件 55以全橋布置與電容器58并聯(lián)連接，以形成能夠提供正、零或負電壓并且能夠在兩個方向上傳導電流的4象限雙極性模塊。能夠操作次級開關元件55，使得模塊M的鏈提供步進式的可變電壓源，并且次級開關元件55以AC網(wǎng)絡20的基頻進行開關。設想到的是，在其它實施方式中，可以用不同的蓄能設備(例如燃料電池、電池組或具有相關聯(lián)的整流器的輔助AC發(fā)電機)來代替每個模塊M的電容器58?？梢酝ㄟ^改變次級開關元件55的狀態(tài)，來將每個模塊M的電容器58設為旁路， 或者將每個模塊M的電容器58插入到相應的鏈式變換器42中。當一對次級開關元件55被配置為在模塊M中形成短路時，模塊M的電容器58 被設為旁路，使得電壓源變換器中的電流流過該短路，并繞過電容器58。當所述一對次級開關元件55被配置為允許變換器電流流入并流出電容器58時， 模塊M的電容器58被插入到鏈式變換器42，電容器58隨后能夠對其存儲的能量進行充電或放電，并提供電壓。因而，可以通過將多個模塊M的電容器58插入到鏈式變換器42中，來構成鏈式變換器42上的組合電壓，該組合電壓高于來自單獨模塊中的每一個的可用電壓，其中每個電容器提供其自己的電壓。還可以改變每個模塊M的開關操作的時序，使得將單獨模塊M的電容器58插入到鏈式變換器42中和/或使電容器58變?yōu)榕月穼е庐a(chǎn)生電壓波形。在圖4中示出了使用鏈式變換器42產(chǎn)生的電壓波形的示例，其中，單獨模塊M的電容器58的插入是交錯的，以產(chǎn)生50Hz的正弦波形。通過調整鏈式變換器42中的各模塊M的開關操作的時序，可以產(chǎn)生其它波形形狀。在圖3中所示的實施方式中，每個次級開關元件55包括附有反向并聯(lián)連接的二極管的絕緣柵雙極晶體管。在其它實施方式中，設想到的是，各個次級開關元件55可以包括附有反向并聯(lián)連接的二極管的不同的半導體開關，例如柵極可關斷晶閘管或集成柵極換流晶閘管。每個模塊M的次級開關元件55a、55b、55c、55d(圖5)的狀態(tài)決定通過模塊M的電流的路徑以及模塊M所提供的電壓。更具體地，當通過閉合次級開關元件5 和55c或者閉合次級開關元件55b、55d 來將電容器58設為旁路時，模塊M提供零電壓。當次級開關元件5 和55d閉合而次級開關元件5 和55c斷開使得電流經(jīng)由次級開關元件55a和55d流入并流出電容器58時，模塊54為電流流動的兩個方向提供正電壓。當開關55b和55c閉合而開關55a和55d斷開使得電流經(jīng)由開關55b和55c流入并流出電容器58時，模塊54為電流流動的兩個方向提供負電壓。每個鏈式變換器42中模塊54的數(shù)量是由電源變換器37的所需額定電壓確定的。在使用時，第一分支部分34a和第二分支部分34b的開關元件40和鏈式變換器42 可操作用于在相應DC端36、38與AC端44之間將每個鏈式變換器42接入電路和將每個鏈式變換器42從電路斷開。鏈式變換器42可操作用于在AC端44產(chǎn)生電壓波形。優(yōu)選地，鏈式變換器42可操作用于使用步進式近似來產(chǎn)生正弦電壓波形。鏈式變換器42由于其有能力提供用于增加或減小AC端44的輸出電壓的電壓階躍，而適用于在步進式波形產(chǎn)生中使用。如前面所描述的，可以對鏈式模塊54中的開關操作進行配置，使得對電容器58的插入和旁路是交錯的，以形成正弦波形的步進式近似，如圖4中所示。可以通過使用更多數(shù)量的電壓電平較低的模塊54增加電壓階躍62的數(shù)量來改善電壓波形的步進式近似，如圖 6中所示。閉合第一分支部分34a的開關元件40，同時斷開第二分支部分34b的開關元件 40。對第一分支部分34a中的鏈式變換器42進行控制，以提供+VDC/2的電壓，使得該電壓對抗DC網(wǎng)絡22的正端46的電壓。因而，AC相連接端44的輸出電壓為零伏特，即正端46 的正DC電壓(+Vdc/2)與負端48的負DC電壓(_Vdc/2)之間的中點。任何未用的鏈式模塊 54處于旁路模式。為了產(chǎn)生正弦電壓波形的正電壓分量60，通過減少插入到鏈式變換器42中的模塊54的電容器58的數(shù)量并從而減小鏈式變換器電壓，來緩慢地增加輸出電壓。可以在AC 端44的輸出電壓的步進式增量中觀察到鏈式變換器電壓的變化。在正電壓分量66的峰值 64，鏈式變換器42可以被設為旁路，以產(chǎn)生等于正DC電壓46(+Vdc/2)的峰值，或者其可以產(chǎn)生加到DC網(wǎng)絡22的正DC電壓46的電壓。因而，如果需要的話，所產(chǎn)生的正電壓分量66 可以具有比DC網(wǎng)絡22的正DC電壓46更高的峰值64。在產(chǎn)生正弦電壓波形的正電壓分量66期間，第二分支部分34b兩端的電壓等于輸出電壓與DC網(wǎng)絡22的負端48的負DC電壓(_VDC/2)之間的差。然后對第一分支部分34a的鏈式變換器42進行控制，以通過控制鏈式變換器42 上的組合電壓來以步進式減量減小輸出電壓，直到輸出電壓返回至零為止。當輸出電壓返回至零時，在第二分支部分34b的開關元件40閉合的情況下并且在斷開第一分支部分34a的開關元件40之前，第一分支部分34a中的開關元件40可以保持閉合。這種臨時的重疊時段提供了將多個模塊54直接與DC網(wǎng)絡22并聯(lián)連接的方法，并且提供了重新設置電容器58的電壓電平的任何漂移的方便方法。在兩個開關元件40a、40b從一個狀態(tài)到另一狀態(tài)的切換操作期間，兩個分支部分 34a,34b中的鏈式變換器42所提供的電壓對抗DC網(wǎng)絡22的全電壓范圍VDC。 對第一分支部分34a中的鏈式變換器42進行控制以提供+Vdc/2的電壓，同時對第二分支部分34b中的鏈式變換器42進行控制以提供_Vdc/2的電壓。結果，當開關元件40 從一個狀態(tài)轉換到另一狀態(tài)時，在第一分支部分34a和第二分支部分34b的開關元件40上存在零或最小電壓。各分支部分34a、34b的開關元件40上的低電壓導致較低的開關損失。正弦波形的負電壓分量68的產(chǎn)生與正電壓分量66的產(chǎn)生類似，除了第一分支部分34a的開關元件40保持斷開而第二開關元件40保持閉合，以及電壓波形的產(chǎn)生是通過第二分支部分34的鏈式變換器42中對模塊M的插入和對模塊M的旁路而引起的。在產(chǎn)生正弦電壓波形的負電壓分量68期間，第一分支部分3 兩端的電壓等于輸出電壓與DC網(wǎng)絡22的正端46的正DC電壓(+VDC/2)之間的差。當分支部分34a、34b中的開關元件40處于斷開狀態(tài)時，開關元件40的額定電壓是AC端44的峰值輸出電壓64與相同分支部分34a、34b的鏈式變換器42的最大電壓能力之間的差。例如當峰值輸出電壓64是+Vdc/2時，第二分支部分34b的開關元件40和鏈式變換器42兩端的電壓等于VDC，其是峰值輸出電壓64與DC網(wǎng)絡22的負端48的負DC電壓之間的差。因此，第二分支部分34b必須具有能夠在峰值輸出電壓64超過DC網(wǎng)絡22的DC 電壓時支持更高的電壓電平Vdc的電壓能力。每個分支部分34a、34b的電壓能力是相應鏈式變換器42的電壓能力與相應開關元件40的額定電壓的組合，并且如果需要則可以以非對稱的方式分布。通過增加鏈式模塊M的數(shù)量或者增加單獨電容器58中和半導體開關元件^a、 55b,55c,55d中的每一個的電壓，來最大化每個鏈式變換器42的電壓能力。因此，如果鏈式變換器42的電壓能力接近VDC，則可以降低開關元件40的所需額定電壓。在一些應用中， 降低開關元件40的額定電壓是有優(yōu)勢的，因為其允許使用能夠耐受比AC網(wǎng)絡20和/或DC 網(wǎng)絡22低或低得多的電壓的開關元件40。然而，還設想到的是，可以在每個分支部分34a、34b中使用具有更高額定電壓的開關元件40，使得可以降低每個分支部分34a、34b中鏈式變換器42的所需電壓能力。這意味著，可以減少每個鏈式變換器42中模塊M的數(shù)量，這導致電壓源變換器37的大小和重量的顯著降低。在本發(fā)明的實施方式中，全橋模塊56的次級開關元件55可以被配置為在相反方向上提供電壓，使得AC相連接端44的輸出電壓超過DC網(wǎng)絡22的正端46和負端48的電壓電平。對于電壓源變換器37的給定電流等級，這導致更大的功率輸出。全橋模塊M提供正電壓或負電壓的能力意味著每個鏈式變換器42兩端的電壓可以由提供正電壓或負電壓而不是僅提供正電壓的模塊M的組合構成。因而，通過控制模塊 54在提供正電壓或負電壓之間進行交替，可以將單獨電容器58中的電壓電平維持在理想的電平。在一個電網(wǎng)中發(fā)生故障導致在電壓源變換器37中產(chǎn)生較高的故障電流的情況下，可以操作鏈式變換器42—個或另一個中每個模塊M的次級開關元件55，以插入全橋模塊M，以提供與其它非故障電網(wǎng)的驅動電壓對抗并從而降低電壓源變換器37的故障電流的電壓。例如，連接到DC網(wǎng)絡22的DC側電容器50a、50b上發(fā)生的短路導致正端46和負端48的電壓都下降到零伏特。當發(fā)生這種情況時，高故障電流可以從AC網(wǎng)絡20流過變換器分支34的第一分支部分34a，并且通過該短路和變換器分支34的第二分支部分34b返回至Ij AC網(wǎng)絡20。短路的低阻抗意味著在電壓源變換器37中流動的故障電流可能超過電壓源變換器37的電流等級?？梢酝ㄟ^對抗來自AC網(wǎng)絡20的驅動電壓來最小化故障電流。這是通過以下方式執(zhí)行的對每個鏈式模塊M的次級開關元件55進行配置，使得將模塊M插入到相應鏈式變換器42中，以提供對抗并從而降低驅動電壓的電壓。在每個鏈式變換器42中使用全橋模塊M的實施方式中，每個模塊M能夠提供對抗AC驅動電壓的電壓，這是因為模塊M能夠提供正或負電壓并且能夠在兩個方向上傳導電流。圖2中所示的電壓源變換器37適合于連接到單相AC網(wǎng)絡。在其它實施方式中，例如圖7中所示的，電壓源變換器70可以包括多個變換器分支34，每個變換器分支34包括用于連接到多相AC網(wǎng)絡20的單個相的AC端44。在這樣的實施方式中，所提供的變換器分支34的數(shù)量依賴于AC網(wǎng)絡20的相的數(shù)量。圖7中所示的電壓源變換器70包括三個變換器分支34，以允許在三相AC網(wǎng)絡20 的情況下使用該電壓源變換器70。每個變換器分支；34包括第一 DC端36、第二 DC端38以及AC端44。每個變換器分支34還限定第一分支部分3 和第二分支部分34b，每個分支部分包括開關元件40，開關元件40在第一 DC端36和第二 DC端38中的相應端與AC端44之間與鏈式變換器42串聯(lián)連接。第一分支部分3 和第二分支部分34b中的每一個的開關元件40連接到AC端 44，并且第一分支部分3 和第二分支部分34b中的每一個的鏈式變換器42連接到相應DC 端 36,380在使用時，每個變換器分支34的端36、38連接到DC網(wǎng)絡22，使得每個變換器分支34的第一 DC端36處的電壓為+Vdc/2，并且每個變換器分支34的第二 DC端38處的電
壓為-VDC/2。每個AC端44經(jīng)由變壓器72連接到多相AC網(wǎng)絡20的一個相，使得AC端44連接至IJ AC網(wǎng)絡20的相應相。每個變換器分支34的第一分支部分3 和第二分支部分34b的開關元件40在使用時可操作用于在相應DC端和AC端之間將相應鏈式變換器42接入電路和將鏈式變換器 42從電路斷開。每個變換器分支34的鏈式變換器42可操作用于在相應AC端44產(chǎn)生電壓波形，使得產(chǎn)生三相電壓波形。對三相電壓源變換器的控制類似于上面描述的對單相電壓源變換器37的控制， 因為對變換器分支34中的開關元件40與鏈式變換器42的串聯(lián)組合的操作只影響連接到該變換器分支34的相，而不影響連接到其它變換器分支34的相。
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權利要求
1.一種在高壓DC電力輸送和無功功率補償中使用的電壓源變換器(37)，所述電壓源變換器包括至少一個變換器分支(34)，所述至少一個變換器分支(34)包括用于在使用時連接到DC網(wǎng)絡(22)的第一和第二 DC端(36、38)以及用于在使用時連接到AC網(wǎng)絡的AC端 (44)，所述或每個變換器分支限定了第一和第二分支部分(34a、34b)，每個分支部分包括至少一個開關元件(40)，所述至少一個開關元件(40)與鏈式變換器(42)串聯(lián)連接在所述第一和第二 DC端中的相應DC端與所述AC端之間，所述第一和第二分支部分的開關元件能夠操作用于在所述相應DC端和所述AC端之間將相應鏈式變換器接入電路以及將相應鏈式變換器從電路斷開，并且所述鏈式變換器能夠操作用于在所述AC端產(chǎn)生電壓波形。
2.根據(jù)權利要求1所述的電壓源變換器，其中，每個鏈式變換器(42)能夠操作用于在相應分支部分(34a、34b)從電路被斷開時產(chǎn)生抵消該分支部分兩端的電壓并從而使相應開關組件(40)兩端的電壓最小化的電壓。
3.根據(jù)權利要求1或權利要求2所述的電壓源變換器，其中，所述分支部分(34a、34b) 中的每一個的鏈式變換器(42)包括串聯(lián)連接的模塊(54)的鏈，每個模塊包括與蓄能設備 (58)并聯(lián)連接的至少一對次級開關元件(55)，所述次級開關元件在使用時能夠操作用于使得所述模塊的鏈限定步進式的可變電壓源。
4.根據(jù)權利要求3所述的電壓源變換器，其中，所述鏈式變換器(42)中的所述或每個模塊(54)包括兩對次級開關元件(55)，所述兩對次級開關元件(55)以全橋布置與相應蓄能設備并聯(lián)連接，以限定能夠提供正或負電壓并能夠在兩個方向上傳導電流的4象限雙極性模塊。
5.根據(jù)權利要求3或權利要求4所述的電壓源變換器，其中，所述或每個蓄能設備 (58)包括電容器、燃料電池、電池組或具有相關聯(lián)的整流器的輔助AC發(fā)電機。
6.根據(jù)任一前述權利要求所述的電壓源變換器，其中，每個分支部分(34a、34b)的所述或每個開關元件(40)包括半導體器件。
7.根據(jù)任一前述權利要求所述的電壓源變換器，其中，每個分支部分(34a、34b)的所述鏈式變換器(42)包括至少一個半導體器件。
8.根據(jù)權利要求6或權利要求7所述的電壓源變換器，其中，所述或每個半導體器件包括絕緣柵雙極晶體管、柵極可關斷晶間管或集成柵極換流晶閘管。
9.根據(jù)任一前述權利要求所述的電壓源變換器，所述電壓源變換器包括多個變換器分支(42)，每個分支包括用于在使用時連接到多相AC網(wǎng)絡(20)的相應相的AC端(44)。
10.根據(jù)任一前述權利要求所述的電壓源變換器，其中，每個分支部分(34a、34b)的鏈式變換器(42)能夠操作用于在使用時產(chǎn)生對抗所述AC或DC網(wǎng)絡(20、22)中故障所產(chǎn)生的電流流動的電壓。
11.根據(jù)任一前述權利要求所述的電壓源變換器，其中，在每個分支部分(34a、34b) 中，所述鏈式變換器(42)的額定電壓與所述或每個開關元件(40)的額定電壓相等。
12.根據(jù)權利要求1至權利要求10中的任一項所述的電壓源變換器，其中，在每個分支部分(34a、34b)中，所述鏈式變換器(42)的額定電壓與所述或每個開關元件(40)的額定電壓不相等。
13.根據(jù)任一前述權利要求所述的電壓源變換器，其中，所述第一和第二分支部分 (34a,34b)中的所述開關元件(40)能夠操作用于將所述鏈式變換器(42)同時接入電路，以重新設置鏈式變換器元件中的任何電壓漂移。
全文摘要
一種在高壓DC電力輸送和無功功率補償中使用的電壓源變換器(37)。所述電壓源變換器(37)包括至少一個變換器分支(34)，該至少一個變換器分支(34)包括用于在使用時連接到DC網(wǎng)絡(22)的第一和第二DC端(36、38)以及用于在使用時連接到AC網(wǎng)絡(20)的AC端(44)。所述或每個變換器分支(34)限定了第一和第二分支部分(34a、34b)，每個分支部分(34a、34b)包括至少一個開關元件(40)，所述至少一個開關元件(40)與鏈式變換器(42)串聯(lián)連接在所述第一和第二DC端(36、38)中的相應DC端與AC端(44)之間。所述第一和第二分支部分(34a、34b)的開關元件(40)能夠操作用于在相應DC端(36、38)和所述AC端(44)之間將相應鏈式變換器(42)接入電路以及將相應鏈式變換器從該電路斷開。所述鏈式變換器(42)能夠操作用于在所述AC端(44)產(chǎn)生電壓波形。
文檔編號H02M7/483GK102460933SQ200980159998
公開日2012年5月16日 申請日期2009年6月22日 優(yōu)先權日2009年6月22日
發(fā)明者C·奧特斯, D·特拉內(nèi)爾, W·克魯克斯 申請人:阿海琺T&D 英國有限公司