[發(fā)明專利]電力電子變換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380026459.2
• 申請日: 2013-03-20
• 公開（公告）號: CN104335474B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·R·特萊尼爾;N·奧喀密
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣技術(shù)有限公司
• 主分類號: H02M7/797
• 分類號: H02M7/797;H02M7/81;H02M7/66
• 代理公司: 隆天知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司72003
• 代理人: 李靜,張?jiān)≡?/td>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電力電子變換器。

背景技術(shù)

在電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中，為了經(jīng)由架空線和/或海底電纜進(jìn)行傳輸，交流(AC)電力通常被轉(zhuǎn)換為直流(DC)電力。這種轉(zhuǎn)換免去對由傳輸線或電纜施加的AC電容性載荷效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)男枰⑶覐亩鴾p少每公里電線和/或電纜的成本。當(dāng)需要長距離傳輸電力時，從AC到DC的轉(zhuǎn)換因而變得有成本效益。

這種AC到DC電力的轉(zhuǎn)換還被用于有必要互連運(yùn)行于不同頻率的AC網(wǎng)絡(luò)的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中。在任何這種電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中，在AC和DC電力之間的每個接口處均需要變換器以實(shí)現(xiàn)所需的轉(zhuǎn)換，并且一種這樣形式的變換器是電壓源變換器(VSC)。

圖1示出已知的電壓源變換器，其包括多級變換器布置。多級變換器布置包括各個串聯(lián)變換器單元12的變換器橋10。每個變換器單元12包括與電容器16并聯(lián)連接的一對串聯(lián)絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)14。不同時切換單個變換器單元12并且變換器電壓階梯比較小，因此這樣的布置消除了與直接切換串聯(lián)IGBT?14相關(guān)的問題。

為了限制這種多級變換器布置中電容器端子處的電壓變化，每個變換器單元12的電容器16被配置為具有足夠高的電容值。在每個變換器橋10中還需要DC側(cè)電抗器18以限制在變換器臂20之間的瞬變電流，并且從而使變換器臂20的并聯(lián)連接和運(yùn)行成為可能。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種電力電子變換器，用于連接AC和DC網(wǎng)絡(luò)并且轉(zhuǎn)換它們之間的電力，包括：

第一DC端子和第二DC端子，限定用于連接到DC網(wǎng)絡(luò)的DC環(huán)；其中，在使用中，所述DC環(huán)具有施加在其兩端的可逆DC環(huán)電壓；

至少一個變換器臂，在所述第一DC端子與第二DC端子之間延伸，并且具有由用于連接到AC網(wǎng)絡(luò)的AC端子隔開的第一臂部和第二臂部，每個臂部包括至少一個合理化模塊，所述合理化模塊具有與至少一個能量存儲裝置并聯(lián)連接的第一組串聯(lián)電流流動控制元件和第二組串聯(lián)電流流動控制元件，每組電流流動控制元件與至少一個能量存儲裝置并聯(lián)連接，每組電流流動控制元件包括一次有源開關(guān)元件以選擇性地引導(dǎo)電流通過所述能量存儲裝置、和一次無源電流逆止元件以限制電流在單一方向上流過所述合理化模塊，所述電流流動控制元件和所述或每個能量存儲裝置組合以選擇性地提供電壓源以在所述AC端子處合成AC電壓；以及

第一控制器，以選擇性地切換每個臂部中的所述或每個合理化模塊以控制相應(yīng)AC端子處的AC電壓的配置，以便在AC到DC電力轉(zhuǎn)換模式中將來自所述AC網(wǎng)絡(luò)的電力轉(zhuǎn)換至所述DC網(wǎng)絡(luò)并且在DC到AC電力轉(zhuǎn)換模式中將來自所述DC網(wǎng)絡(luò)的電力轉(zhuǎn)換至所述AC網(wǎng)絡(luò)，

其中每個臂部包括：

一個或多個二次無源電流逆止元件，以限制相應(yīng)AC與DC端子之間的電流在單一方向上流過相應(yīng)臂部，所述或每個二次無源電流逆止元件與所述或每個合理化模塊串聯(lián)連接；或者

一個或多個二次有源開關(guān)元件，與所述或每個合理化模塊串聯(lián)連接。

在操作電力電子變換器以轉(zhuǎn)換AC與DC網(wǎng)絡(luò)之間的電力的過程中，在一個占空比上電力電子變換器中的電流在臂部之間交替變化。于是，當(dāng)一個臂部被配置為傳導(dǎo)AC端子與相應(yīng)DC端子之間的電流時(即處于導(dǎo)電狀態(tài))，另一個臂部被配置為從電路斷開(即處于不導(dǎo)電狀態(tài))。

在不導(dǎo)電狀態(tài)中的臂部兩端經(jīng)受差分電壓，差分電壓是在AC端子處電壓與相應(yīng)DC端子處電壓之間的差值。由不導(dǎo)電狀態(tài)中的臂部經(jīng)受的差分電壓可以在所述或每個二次無源電流逆止元件或二次有源開關(guān)元件與所述或每個合理化模塊之間分壓。換言之，當(dāng)臂部處于不導(dǎo)電狀態(tài)時，所述或每個二次無源電流逆止元件或二次有源開關(guān)元件可以支撐在所述相應(yīng)臂部兩端出現(xiàn)的差分電壓的一部分。這意味著因?yàn)樗龌蛎總€二次無源電流逆止元件或二次有源開關(guān)元件能夠被用來阻擋差分電壓的一部分，所以在每個臂部中的合理化模塊或多個合理化模塊可以不需要能夠阻擋整個差分電壓，從而允許減小每個臂部中的合理化模塊或多個合理化模塊的額定電壓。

相反地，在操作圖1所示的已知電壓源變換器的過程中，要求串聯(lián)變換器單元12能夠阻擋由相應(yīng)變換器橋10經(jīng)受的整個差分電壓，從而需要串聯(lián)變換器單元12具有對于AC和DC網(wǎng)絡(luò)的給定一組AC和DC電壓的相對較高的組合額定電壓。

因此，在每個臂部中的所述或每個二次無源電流逆止元件或二次有源開關(guān)元件與所述或每個合理化模塊的串聯(lián)連接能夠大大減少每個臂部中實(shí)施AC與DC的網(wǎng)絡(luò)之間電力轉(zhuǎn)換所要求的合理化模塊的所需數(shù)量。