[發明專利]電壓源型變換器

有效

• 申請號: 201380074511.1
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN105191091A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: C·奧茲;K·J·塔克;D·R·特萊尼爾
• 申請（專利權）人: 阿爾斯通技術有限公司
• 主分類號: H02M1/12
• 分類號: H02M1/12;H02M7/483
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 張浴月

技術領域

本發明涉及一種電壓源型變換器。

背景技術

在電力傳輸網絡中，交流(AC)電通常被變換為直流(DC)電，用于經由架空線和/或海底電纜進行傳輸。這種變換免除了對由傳輸線或電纜施加的AC電容性載荷效應進行補償的需要，并且從而降低電線和/或電纜的每公里成本。當需要長距離傳輸電力時，從AC到DC的變換因而變得有成本效益。

AC電力到DC電力的變換還用于需要互連在不同頻率中運行的AC電網的電力傳輸網絡。

在任何這種電力傳輸網絡中，在AC電力與DC電力之間的每個交接處需要變換器來實現所需的變換，并且一種此類形式的變換器是電壓源型變換器(VSC)。

已知在電壓源型變換器中使用帶有絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)14的六開關(兩電平)變換器拓撲結構10和三電平變換器拓撲結構12，如圖1a和圖1b所示。IGBT裝置14串聯連接在一起并一同切換以實現10MW至100MW的高額定功率。另外，在AC電源頻率的每個周期中，IGBT裝置14在高電壓下導通和關斷若干次以控制被饋送到AC網絡的諧波電流。這導致高損耗、高電平的電磁干擾和復雜的設計。

還已知在電壓源型變換器中使用多電平變換器布置，諸如圖1c中所示。多電平變換器布置包括串聯連接的單元18的相應變換器橋16。每個變換器單元18包括與電容器22并聯連接的一對串聯連接的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)20。各個變換器單元18不同時切換并且變換器電壓階躍相當小。在這種多電平變換器布置中，每個變換器單元18的電容器22被配置為具有足夠高的電容值以便限制電容器端子處的電壓變化，并且由于IGBT20有限的額定電壓，所以需要大量的變換器單元18。在每個變換器橋16中還需要DC側電抗器24，以限制在變換器臂26之間流動的瞬時電流，并且從而使變換器臂26的并聯連接和操作成為可能。這些因素導致具有大量儲存電能的昂貴的、大型和重型的裝備，這使得裝備的預裝配、測試和運輸很困難。

發明內容

根據本發明的一個方案，提供一種電壓源型變換器，包括：

變換器臂，在第一DC端子和第二DC端子之間延伸且具有由AC端子分隔開的第一臂部和第二臂部，所述第一DC端子和第二DC端子可連接至DC電網并且所述AC端子可連接至AC電網，每個臂部包括至少一個開關元件；

鏈環式變換器，包括多個串聯連接的模塊，每個模塊包括至少一個開關元件和至少一個能量儲存裝置，每個模塊的所述或每個開關元件和所述或每個能量儲存裝置結合以選擇性地提供電壓源，所述鏈環式變換器被連接至所述AC端子，每個臂部的所述或每個開關元件可切換以將所述鏈環式變換器切換進和切換出帶有該臂部的電路并且從而將所述鏈環式變換器切換進和切換出帶有對應DC端子的電路；以及

控制單元，其協調所述臂部的所述開關元件和所述鏈環式變換器的每個模塊中的所述或每個開關元件的切換以在所述AC電網與DC電網之間傳送電力，

其中所述控制單元控制所述鏈環式變換器的每個模塊中所述或每個開關元件的切換以在所述AC端子處產生AC電壓波形，所述AC電壓波形包括在所述AC電壓波形的正峰值與負峰值之間的AC電壓波形部，所述AC電壓波形部包括至少兩個不同的電壓曲線以從所述AC電壓波形濾除一個或多個諧波分量，所述不同的電壓曲線中的至少一個由非零電壓斜率限定。

為了本說明書的目的，電壓斜率被限定為確定周期上電壓變化的恒定比率(其可以是負的、零或正的)。因此，非零電壓斜率被限定為確定周期上電壓變化的負或正的恒定比率，并且零電壓斜率被限定為確定周期上電壓變化的零比率。

包括至少兩個不同的電壓曲線的AC電壓波形部在AC電壓波形部的周期上具有不同的電壓曲線之間交叉的至少一個公共點。

不同的電壓曲線中的至少兩個可以由不同的電壓斜率限定。由此，包括至少兩個不同的電壓斜率的AC電壓波形部在AC電壓波形部的周期上具有至少兩個不同的電壓變化的恒定比率和不同的電壓斜率之間交叉的至少一個公共點。例如，當AC電壓波形部具有第一和第二不同的電壓斜率(即，彼此不同的第一和第二電壓變化的恒定比率)時，AC電壓波形部的至少一段具有第一電壓斜率(即，第一電壓變化的恒定比率)，AC電壓波形部的至少另一段具有第二電壓斜率(即，第二電壓變化的恒定比率)，并且AC電壓波形部包括具有不同電壓斜率的段之間交叉的至少一個公共點。

不同的電壓曲線中的至少一個可以由電壓的瞬時改變限定。