[發明專利]電壓源轉換器

在審

• 申請號: 201580048935.X
• 申請日: 2015-08-26
• 公開（公告）號: CN107078627A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: B.魯卡斯科;F.J.莫雷諾穆尼奧斯;D.R.特賴納;C.D.M.奧亞茨;J.斯特奇斯
• 申請（專利權）人: 通用電器技術有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02H9/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 姜冰,付曼

本發明涉及電壓源轉換器。

在高壓直流(HVDC)輸電網中，交流(AC)電力通常轉換成直流(DC)電力，以用于經由高架線和/或海底電纜的傳輸。這個轉換消除對于補償輸電介質（即輸電線或電纜）所施加的AC電容負載效應的需要，以及降低每公里線路和/或電纜的成本，并且因而在電力需要通過長距離傳送時變為成本有效的。

DCC電力與AC電力之間的轉換還用于必需互連DC和AC電網的輸電網中。在任何這種輸電網中，在AC與DC電力之間的每個接口處要求轉換器以實現要求的轉換：AC到DC或者DC到AC。一種這樣的轉換器是電壓源轉換器(VSC)。

按照本發明的第一方面，提供一種用于互連第一和第二電網的電壓源轉換器，該電壓源轉換器包括轉換器結構，其包括：

用于到第一電網的連接的第一端子；

用于到第二電網的連接的第二端子；

連接在第一與第二端子之間的至少一個模塊，該或每個模塊包括至少一個能量存儲裝置和至少一個開關元件，該或每個能量存儲元件和開關元件可操作以便有選擇地提供電壓源；以及

集成無源故障電流限制器，配置成在電壓源轉換器的正常操作期間對電壓源轉換器中流動的正常電流呈現第一阻抗，并且配置成在故障狀況期間對電壓源轉換器中流動的故障電流呈現第二阻抗，第一阻抗低于第二阻抗。

故障電流限制器的無源性質自動準許其操作，即第一較低阻抗或第二較高阻抗的選擇性呈現，而無需例如通過人或控制算法的任何形式的有源控制，即持續監控。

同時，與常規電壓源轉換器相比，呈現第一較低阻抗或第二較高阻抗的所述能力改進本發明的電壓源轉換器的性能。

這種改進性能是顯然的，首先因為較低的第一阻抗在電壓源轉換器的正常操作期間提供對電網之一中的電壓的更好利用，并且由此準許給定電力量以比否則在例如包含較高固定阻抗時會發生的損耗要低的損耗在第一與第二電網之間傳遞。

其次，第二較高阻抗在故障狀況期間對第一與第二端子之間的該或每個模塊中的該或每個開關元件提供一定程度的保護，并且因此準許使用較低電流定額的開關元件(其因而不太笨重并且不太昂貴)，同時避免對附加固定阻抗的需要(其如上所述否則在其正常操作期間會使電壓源轉換器的效率降級)。

優選地，第二阻抗充分高，以便將故障電流的增加率限制到預定級別。

呈現這種第二阻抗的能力允許故障電流的預定增加率被選擇成使得在故障狀況的開始之后提供充分延遲，以便在故障電流超過該或每個模塊中的該或每個開關元件的電流定額之前準許較慢行動的保護元件的操作，例如電網之一中的斷路器的斷開。

依靠較慢行動的保護元件的所產生能力準許從該或每個模塊中省略快速行動的保護元件（例如晶閘管），并且由此極大地降低該或每個這種模塊的復雜度和成本。

可選地，第二阻抗充分高，以便還將故障電流限制到處于或低于該或每個模塊中的該或每個開關元件的電流定額的級別。

這種第二阻抗為本發明的電壓源轉換器提供故障穿越能力，由此轉換器能夠耐受故障狀況，而甚至無需操作較慢行動的保護元件（例如斷路器）。避免操作這種保護元件的需要是特別期望的，因為它通常中斷第一與第二電網之間的電力流，并且由此使關聯輸電方案的用戶感到不便（因為此后需要電壓源轉換器在對應電網能夠被重新連接之前經過啟動序列和檢查）。

故障電流限制器可以是或者包括按照流經其的電流的級別在第一低阻抗狀態與第二高阻抗狀態之間轉變的材料。

作為或者包括這種材料的故障電流限制器合乎需要地準許第一較低阻抗或第二較高阻抗的自動呈現，而無需通過人或控制算法的任何監控，并且因此易于促進本發明的電壓源轉換器的復雜度的顯著降低。

在本發明的優選實施例中，材料是或者包括超導材料，其具有在流經其的電流超過電流閾值時發生變化的電阻。

這種超導材料能夠提供第一與第二阻抗之間的合乎需要的高比率，以便允許正常操作期間的電壓源轉換器的改進效率，同時還提供故障狀況期間的高故障電流阻斷性能。

優選地，超導材料配置成為故障電流限制器提供非線性電阻特性。

具有非線性電阻特性的故障電流限制器當交流或直流流經其時按照流經其的電流的級別在第一低阻抗狀態與第二高阻抗狀態之間轉變，并且因此在它能夠集成于轉換器結構中的位置方面提供許多靈活性。

超導材料可配置成為故障電流限制器提供非線性電感特性。

具有非線性電感特性的故障電流限制器能夠被優化成當交流電流流經其時在第一低阻抗狀態與第二高阻抗狀態之間轉變。