[發(fā)明專利]電壓源轉(zhuǎn)換器的電壓平衡

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680074285.0
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN108432135A
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J.F.基維特-扎巴爾扎;D.R.特雷納
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電器技術(shù)有限公司
• 主分類號: H03K17/10
• 分類號: H03K17/10;H03K17/284;H02M1/088
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李嘯;閆小龍

本申請涉及用于電壓源轉(zhuǎn)換器(VSC)的電壓平衡并且尤其用于VSC的引導(dǎo)器開關(guān)的鉗位電容器的電壓平衡的方法和設(shè)備。通常，VSC(100)的引導(dǎo)器開關(guān)(104)包括多個串聯(lián)連接的引導(dǎo)器開關(guān)單元(200；200?1到200?n)，每個引導(dǎo)器開關(guān)單元包括半導(dǎo)體開關(guān)元件(110)。在一些VSC設(shè)計中，每個引導(dǎo)器開關(guān)單元還具有關(guān)聯(lián)鉗位電容器(202)。所述控制方法涉及切換所述引導(dǎo)器開關(guān)單元的所述半導(dǎo)體開關(guān)元件以使所述引導(dǎo)器開關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)與非導(dǎo)通狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變，其中對切換半導(dǎo)體開關(guān)元件的定時基于所述關(guān)聯(lián)鉗位電容器的電壓電平(V_c1到V_cn)以及還有所述引導(dǎo)器開關(guān)單元的所述鉗位電容器之間的任何電壓不平衡的程度。一種控制設(shè)備(901)可以確定適合的切換控制信號(CNT₁到CNT_n)。在浮置電源(205)從所述鉗位電容器汲取電力的情況下，所述技術(shù)尤其適用。

本申請涉及電壓源轉(zhuǎn)換器(voltage source converter)且涉及用于控制電壓源轉(zhuǎn)換器的引導(dǎo)器開關(guān)(director switch)以進(jìn)行電壓平衡(voltage balancing)的方法和設(shè)備，并且尤其涉及用于高壓配電(high voltage power distribution)的電壓源轉(zhuǎn)換器，且更具體地說涉及具有帶引導(dǎo)器開關(guān)的轉(zhuǎn)換器臂的電壓源轉(zhuǎn)換器，所述引導(dǎo)器開關(guān)具有多個開關(guān)元件，每個開關(guān)元件具有關(guān)聯(lián)鉗位電容器(associated clamp capacitor)。

HVDC(高壓直流電)電力傳輸使用直流電以供電力傳輸。這是較為普遍的交流電電力傳輸?shù)奶娲桨浮Ｊ褂肏VDC電力傳輸存在許多益處。

為了使用HVDC電力傳輸，通常有必要將交流電(AC)轉(zhuǎn)換成直流電(DC)并且再返回。到目前為止，大多數(shù)HVDC傳輸系統(tǒng)一直基于線路整流轉(zhuǎn)換器(LCC)，例如，如使用晶閘管閥的六脈沖橋式轉(zhuǎn)換器。LCC使用元件，如可通過適當(dāng)?shù)挠|發(fā)信號接通并且只要其被正向偏置且電流保持流動即可保持導(dǎo)通的晶閘管。在LCC中，轉(zhuǎn)換器依賴于連接的AC電壓來提供從一個閥到另一個閥的換向。

然而，越來越多地提出將電壓源轉(zhuǎn)換器(VSC)用于HVDC傳輸。HVDC使用開關(guān)元件，如可獨立于任何連接的AC系統(tǒng)而可控制地接通和關(guān)斷的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。因此，VSC有時被稱為自換向轉(zhuǎn)換器。

VSC通常包括多個轉(zhuǎn)換器臂，其中每個轉(zhuǎn)換器臂將一個DC端連接到一個AC端。針對典型的三相AC輸入/輸出，有六個轉(zhuǎn)換器臂，其中兩個臂將給定的AC端分別連接到高DC端和低DC端，形成相分支。每個轉(zhuǎn)換器臂包括常被稱為閥且通常包括可按期望順序開關(guān)的多個元件的設(shè)備。

在一種常被稱為六開關(guān)轉(zhuǎn)換器的形式的已知VSC中，每個閥包括串聯(lián)連接的開關(guān)元件組，通常是與對應(yīng)的反并聯(lián)二極管連接的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。閥的IGBT一起切換以電連接或斷開相關(guān)AC和DC端，其中給定相分支的閥通常被反相地切換。通過針對每個臂使用脈寬調(diào)制(PWM)型開關(guān)方案，可實現(xiàn)AC電壓與DC電壓之間的轉(zhuǎn)換。

在被稱為模塊化多電平轉(zhuǎn)換器(MMC)的另一種已知類型的VSC中，每個閥包括具有串聯(lián)連接的多個單元(cell)的鏈節(jié)電路，每個單元包括諸如電容器等儲能元件以及開關(guān)布置，所述開關(guān)布置可被控制以便將儲能元件連接在單元的兩端之間或者繞過儲能元件。單元有時被稱為子模塊，其中多個單元形成模塊。控制閥的子模塊，以便在不同時間連接或繞過其對應(yīng)儲能元件，從而使所述多個單元兩端的電壓差隨時間推移而變化。通過使用相對大量的子模塊并且對開關(guān)進(jìn)行適當(dāng)?shù)囟〞r，閥可合成近似期望波形的步長式波形，如正弦波，以便從DC轉(zhuǎn)換到AC或從AC轉(zhuǎn)換到DC，其中伴有低水平的諧波失真。由于各個子模塊單獨地開關(guān)并且從開關(guān)單獨子模塊帶來的電壓改變相對較小，因此避免了與六開關(guān)轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)的許多問題。

在MMC設(shè)計中，每個閥不斷地操作通過AC循環(huán)，其中相分支的兩個閥同步切換以提供期望的電壓波形。