CN103081335A - 混合hvdc转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用在高电压直流电力传输以及无功功率补偿中的功率电子转换器(20a)，其包括至少一个转换器分支(22)，所述至少一个转换器分支(22)包括在使用时连接到DC网络(26)的第一和第二DC端子(24a、24b)，该或各转换器分支(22)包括连接在第一和第二DC端子(24a、24b)之间的至少一个第一转换器块(32)和至少一个第二转换器块(34)；该或各第一转换器块(32)包括多个线换向晶闸管(36)和至少一个用于在使用时连接到AC网络(30)的第一AC端子(28)，该或各第二转换器块(34)包括至少一个包括多个自换向开关元件的辅助转换器；其中所述自换向开关元件在使用时可控制为注入电压来更改呈给转换器分支(22)的DC侧的DC电压和/或更改功率电子转换器(20a)的AC侧上的AC电压和AC电流。

Description

混合HVDC转换器
技术领域
本发明涉及一种用在高压直流电力传输以及无功功率补偿中的功率电子转换器。
背景技术
在电力传输网络中，交流(AC)电典型地被转换为直流(DC)电以便通过架空线路和/或海底电缆进行传输。该转换消除了补偿由所述传输线路或电缆施加的AC电容性负载效应的需要，从而降低了每千米所述线路和/或电缆的成本。因此，当需要长距离输电时，AC/DC转换将带来较高的性价比。
AC/DC电力转换还用在需要将在不同频率下工作的AC网络进行互连的电力传输网络中。
在任何这样的电力传输网络中，在AC电和DC电之间的各个接口处都需要有转换器来实现所需要的转换，两种这样形式的转换器为线换向转换器(linecommutated converter，LCC)和电压源转换器(voltage source converter，VSC)。
一种形式的已知转换器是基于在十二脉冲的线换向转换器(LCC)结构中设置大的晶闸管以实现AC电和DC电之间的转换。这些转换器能连续操作于3000至4000安培下并适合用作能处理几十亿瓦特的电功率的电厂设备。
基于这些常规转换器的发电厂从与之连接的AC网络吸收大量无功功率(reactive power)。此外，LCC结构的十二脉冲特性导致转换器电流具有高阶(high levels)谐波失真。因此这两种因素都意味着常规的发电厂要求使用大的无源电感器和电容器来提供所需要的无功功率并滤除谐波电流。这导致转换器硬件的尺寸、重量和成本增加。
此外，由相关联的变压器和AC网络的阻抗产生的固有调节效应导致DC侧电压降低且电流增加。随着功率流动增加，这在DC电压对DC电流特性中呈现为固有负斜率。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种功率电子转换器，用在高压直流电力传输以及无功功率补偿中，包括：至少一个转换器分支，所述转换器分支包括用于在使用时连接到DC网络的第一DC端子和第二DC端子，该或各转换器分支包括连接在所述第一DC端子和所述第二DC端子之间的至少一个第一转换器块和至少一个第二转换器块；该或各第一转换器块包括多个线换向的晶闸管和用于在使用时连接到AC网络的至少一个第一AC端子，该或各第二转换器块包括至少一个包括多个自换向开关元件的辅助转换器；其中所述自换向开关元件在使用时可控制为注入一电压以更改呈给所述转换器分支的DC侧的DC电压和/或更改在所述转换器的AC侧上的AC电压和AC电流。
提供第一转换器块和第二转换器块得到混合功率电子转换器，该混合功率电子转换器合并了用于在AC功率和DC功率之间的转换的线换向晶闸管，以及在提供无功功率和控制谐波电流方面提供改善的性能的自换向开关元件。该性能改善源于自换向开关元件(例如绝缘栅极双极晶体管)的固有接通和关断能力以及快速切换特征。这使得转换器的尺寸、重量和成本降低，因为不再需要使用大的谐波滤波器以及电容器来补偿谐波电流和被线换向转换器汲取的无功功率。
该或各辅助转换器可操作为向功率电子转换器的AC侧和/或DC侧中注入受控电压波形。注入的电压波形可用于更改AC和/或DC侧电压和电流的形状，以控制有功功率和无功功率的流动，从而改善功率电子转换器的性能。例如，该电压波形可被注入以最小化在基于线换向晶闸管的功率转换过程中通常与增大的电流和功率流动相关联的DC侧电压偏低。
在本发明的实施例中，该或各辅助转换器可以是串接转换器，该或各串接转换器包括串联连接的一串模块，各模块包括与储能器件并联连接的至少一对自换向开关元件，所述自换向开关元件在使用时可控制为使得该串或各串串联连接的模块提供连续可变的电压源。
在这些实施例中，该或各串接转换器中的该或各模块可以包括两对开关元件，所述两对开关元件与相应的储能器件并联连接成全桥设置，以限定能提供正电压或负电压并能双向传导电流的4象限双极模块。
所述串接转换器的结构允许通过向所述串接转换器中插入多个各自提供一电压的模块来累积高于由单个模块提供的电压的组合电压。通过改变所述组合电压的值，所述串接转换器可操作为产生幅度和相角可变的波形。
此外，所述串接转换器的结构还允许将自换向开关元件与典型地具有高得多的额定电压的线换向晶闸管组合起来使用。自换向开关元件例如IGBT典型地具有较低的额定电压，这意味着基于这样的自换向开关元件的常规电压源转换器倾向于具有比常规的十二脉冲的线换向晶闸管转换器更低的设备额定值。然而所述串接转换器累积组合电压的能力意味着各模块中的自换向开关元件可以与超过各自换向开关元件的单个额定电压的电压电平关联起来，并从而可与线换向晶闸管组合起来用在混合功率电子转换器中。
4象限双极模块提供正电压或负电压的能力意味着可以从提供正电压或负电压的模块的组合来累积该或各串接转换器两端的电压。从而可通过控制模块在正电压或负电压之间交替来将各个储能器件中的能量级别保持在最佳级别处。4象限双极模块的结构还允许在存在反转DC侧电压的情况下操作以便在保持电流仅单向流动的情况下实现功率的反向流动。
在采用使用4象限双极模块的实施例中，该对或各对开关元件可以包括串联连接的两个自换向开关元件，或者包括串联连接的一个自换向开关元件和一个二极管。
4象限双极模块的结构具有根据转换器要求选择开关元件的灵活性。
当仅要求辅助转换器以单向电流提供正电压或负电压时，可以通过用二极管替代各对中的一个自换相的开关元件来简化双极模块的设计。
优选地，该或各储能器件包括电容器、燃料电池、电池或带有相关联的整流器的辅助AC发电机。
这种灵活性对于位于不同位置(其中设备的可用性可能由于地区和运输难度而有所变化)的转换器站的设计有用。例如，近海风电厂上的各模块的储能器件可以以连接到风轮机的辅助AC发电机的形式提供。
优选地，该或各模块的各开关元件包括半导体器件。这种半导体器件可采用如下形式：绝缘栅极双极晶体管、栅极关断晶闸管、场效应晶体管、绝缘栅极换向晶闸管或集成栅极换向晶闸管。
使用半导体器件的有利之处在于这样的器件的尺寸和重量较小并具有相对较低的功率耗散，这最小化了对冷却设备的需要。从而使得功率转换器成本、尺寸和重量显著降低。
这种半导体器件的快速切换能力允许该或各串接转换器合成复杂波形以注入到功率电子转换器的AC侧和/或DC侧中。这种复杂波形的注入可用于例如最小化通常与基于线换向晶闸管的功率电子转换器相关联的谐波失真的等级。此外，这种半导体器件的纳入允许串接转换器快速响应AC和DC侧故障的发展，从而改善功率电子转换器的故障保护。
在本发明实施例中，该或各辅助转换器可操作为产生一电压，以抵消线换向晶闸管两端上的电压，从而最小化相应的线换向晶闸管两端上的电压。
该特征的有利之处在于它允许线换向晶闸管在近零电压处切换，从而最小化切换损耗以及电磁干扰。由于使用近零电压切换还降低了电压共享误差(sharing error)以及线换向晶闸管所感知的电压改变率，因而能简化转换器硬件和相关的缓冲器部件的设计。
在其它实施例中，该或各辅助转换器可操作为产生一电压，以对抗所述AC网络或DC网络中在使用时由故障产生的电流的流动。
所述辅助转换器可用于注入电压以提供消除故障电流所要求的对抗电压并从而防止对所述功率电子转换器部件造成损坏。使用功率电子转换器部件来实现电压转换以及消除故障电流简化或消除了对于分立的保护电路装备(例如电路断路器和电路隔离器)的需要。这节约了硬件尺寸、重量和成本。
在另外的实施例中，该或各第一转换器块可以包括一个或更多个线换向晶闸管组，所述一个或更多个线换向晶闸管组彼此并联连接，每个线换向晶闸管组中的线换向晶闸管彼此串联连接。在这些实施例中，该或各并联连接的线换向晶闸管组中串联连接的线换向晶闸管之间的中点限定用于在使用时连接到AC网络的相应相的第一AC端子。
这样的线换向晶闸管的设置可用于实施整流和逆流过程，以便在AC网络和DC网络之间转移电力。
在本发明的实施例中，至少一个第一转换器块可以与第二转换器块并联连接，所述并联连接的第一转换器块和第二转换器块形成单相转换器元件。在这些实施例中，三个单相转换器元件可以串联连接，或者在所述电路的DC侧上并联连接，以限定用于三相电力传输的二端DC网络。
第一转换器块和第二转换器块的并联连接得到能双向传导电流的灵活的功率电子转换器。
在其它实施例中，所述第一转换器块可进一步包括至少一个二极管。在以下各实施例中，所述第一转换器块的线换向晶闸管可用二极管代替。
用二极管代替线换向晶闸管将得到具有不对称的功率转移特性功率电子转换器，其中AC和DC网络之间有有限的反向功率流动。这样的功率电子转换器适用于严重偏向自AC网络向DC网络输出功率并仅要求最小功率输入的应用(例如风电厂)。因此，可省略转换器部件(在其它情况下，则需要这些转换器部件来便于从DC网络向AC网络转移功率)，从而节约尺寸、重量和成本。
在本发明实施例中，第一转换器块可以在所述电路的DC侧上与第二转换器块串联连接，以限定用于多相电力传输的二端DC网，所述第一转换器块包括多个线换向晶闸管组，所述多个线换向晶闸管组彼此并联连接，每个线换向晶闸管组中的线换向晶闸管彼此串联连接，各并联连接的线换向晶闸管组的第一AC端子连接到所述AC网络的相应相，所述第二转换器块包括多个辅助转换器，各辅助转换器包括用于在使用时连接到所述AC网络的相应相的第二AC端子，其中并联连接的该或各由串联连接的线换向晶闸管组成的线换向晶闸管组以及该或各辅助转换器可操作为更改所述AC网络的相关联的相的AC电压。
在该实施例中，当使用串接转换器时，各串接转换器的中点限定用于在使用时连接到所述AC网络的相应相的第二AC端子。
在该实施例中，所述功率电子转换器可以在使用时通过变压器连接到所述AC网络，使得所述第一转换器块的第一AC端子在使用时连接到该变压器的次级绕组，并且所述第二转换器块的第二AC端子在使用时连接到该变压器的第三级绕组。
这样的功率电子转换器的设置允许所述辅助转换器注入电压以更改AC和DC电压两者，因而有助于功率的双向流动。常规地，基于线换向晶闸管的转换器汲取大量滞后的无功功率，造成AC电压的大小随传输的功率的级别和DC电流的增大而下降。这样的转换器依赖在变压器的初级绕组处使用在线分接头变换器通过调节所述变压器的变比来稳定相关联的AC电压，使得所述转换器操作于最佳电压级别下。所述辅助转换器直接连接到所述AC网的相应相上允许直接控制AC电压的幅度。因此，不需要在线分接头变换器来稳定并控制AC电压，因为各辅助转换器的自换向开关元件提供了必要的电压控制。去除分接头变换装备会使系统可靠度增加，并节约了转换器的尺寸、重量和成本。
在其它实施例中，该或各转换器分支可以包括第一转换器块，所述第一转换器块串联连接在两个第二转换器块之间，以限定第一分支部分和第二分支部分，各分支部分包括至少一个线换向晶闸管，所述至少一个线换向晶闸管与辅助转换器串联连接在所述第一DC端子和第二DC端子中的相应一个与相应的第一AC端子之间，各分支部分的各线换向晶闸管和各辅助转换器可操作为将相应的分支部分切换入或切换出电路，以在相应的AC端子处产生电压波形。
可替代地，该或各转换器分支可以包括两个第二转换器块，所述两个第二转换器块串联连接在所述相应的第一转换器块的串联连接的线换向晶闸管之间，以限定第一分支部分和第二分支部分，所述两个第二转换器块之间的中点限定该或各转换器分支的第一AC端子，各分支部分包括至少一个线换向晶闸管，所述至少一个线换向晶闸管与辅助转换器串联连接在所述第一DC端子和所述第二DC端子中的相应一个与相应的第一AC端子之间，各分支部分的各线换向晶闸管和各辅助转换器可操作为将相应的分支部分切换入或切换出电路，以在相应的AC端子处产生电压波形。
除了允许辅助转换器注入电压以更改AC和DC电压两者，因而有助于功率的双向流动外，这些功率电子转换器设置由于减少了连接到AC网的AC端子的数目而提供了更简单的设置。
在这些实施例中，功率电子转换器可以包括多个转换器分支，各转换器分支的第一AC端子在使用时被连接到多相AC网络的相应相。
在这样的功率电子转换器中，各转换器分支的线换向晶闸管和辅助转换器独立于其它转换器分支的线换向晶闸管和辅助转换器进行操作，并因此仅影响连接到相应的第一AC端子的相，而不影响连接到其它转换器分支的第一AC端子的相。
在其它此类这些实施例中，功率电子转换器可以包括两个转换器分支，并进一步包括一DC链电容器对，该DC链电容器对串联连接在各转换器分支的第一DC端子和第二DC端子之间，并且与各转换器分支并联连接，该DC链电容器对中的DC链电容器之间的中点限定用于在使用时连接到所述AC网络的一个相的第三AC端子。
在两个转换器分支的第一AC端子处合成波形导致在DC链电容器之间的第三AC端子处产生第三电压波形。若这两个合成的波形具有相同的形状和幅度，则该第三波形将与所述合成的波形共用相同的波形形状和幅度。
只有第一转换器分支和第二转换器分支需要诸如电容器和电感器之类的转换器部件。此外，可以减少功率电子转换器和全局控制器之间的通信链路。与常规的三相转换器设置(其中全部三个转换器分支都需要转换器部件)相比，转换器部件的减少使得成本、空间包络和操作效率得以改善。
优选地，至少一个晶闸管与第二转换器块并联连接，所述第二转换器块的辅助转换器可操作为提供一换向电压以将相关联的线换向晶闸管切换到断开状态。
使用自换向开关元件来帮助关断相关联的线换向晶闸管为功率电子转换器中的切换过程提供了改良的控制，因此提高了功率转换的效率。
在本发明的实施例中，功率电子转换器可以进一步包括可操作地与辅助转换器相关联的至少一个旁路机构，其中该或各旁路机构可操作为产生贯通所述旁路机构的短路，从而在旁路掉相应的辅助转换器的同时，使所述转换器电流流经所述短路。
优选地，该或各旁路机构可操作为在检测到所述AC网络或所述DC网络或所述功率电子转换器中的故障时产生贯通所述旁路机构的短路。
在采用一个或更多个旁路机构的实施例中，该或各旁路机构可与所述相应的辅助转换器并联连接。
或者，优选地，各旁路机构包括开关，所述旁路机构可操作为激活相应的开关以产生通过该被激活的开关的短路。所述开关可采用机械旁路开关或半导体开关的形式。
在辅助转换器不能产生所需要的电压以对抗并降低所述驱动电压从而降低所述故障电流的情况下，或者在功率电子转换器中的晶闸管出现换向故障的情况下，旁路机构的纳入为相关联的辅助转换器提供了附加的故障保护，否则所述故障将导致高电压直接作用于辅助转换器。
附图说明
现将参考附图，借助于非限制性实例来描述本发明的优选实施例，其中
图1显示根据本发明第一实施例的功率电子转换器；
图2显示图1的功率电子转换器的操作；
图3显示4象限双极模块的操作；
图4显示50Hz正弦电压波形的逐步生成；
图5显示简化的4象限双极模块的操作；
图6显示4象限双极模块在图1的功率电子转换器中的使用；
图7显示根据本发明第二实施例的功率电子转换器；
图8显示根据本发明第三实施例的功率电子转换器；
图9a和图9b显示图8的功率电子转换器的基本操作的矢量图；
图10显示根据本发明第四实施例的功率电子转换器；
图11显示根据本发明第五实施例的功率电子转换器；
图12显示功率电子转换器在DC网络故障期间最小化功率电子转换器电流的操作；
图13显示与串接转换器并联连接的线换向晶闸管；以及
图14显示根据本发明第六实施例的功率电子转换器。
具体实施方式
图1显示根据本发明第一实施例的功率电子转换器20a。
功率电子转换器20a包括转换器分支(limb)22，转换器分支22包括用于在使用时连接到DC网络26的第一DC端子24a和第二DC端子24b以及用于在使用时串接到连接到AC网络30的第一AC端子28。
转换器分支22包括第一转换器块32和第二转换器块34，它们串联连接在第一DC端子24a和第二DC端子24b之间，以限定用于与三相AC网络30交换功率的二端DC网络。
第一转换器块32包括并联连接的三个线换向晶闸管对36。各个线换向晶闸管对36之中的中点限定用于在使用时连接到三相AC网络30中的相应相的第一AC端子28。第一AC端子28的提供允许在AC网络30和DC网络26之间转移电功率。
第二转换器块34包括并联连接的三个辅助转换器，各辅助转换器为一串接转换器，所述串接转换器包括串联连接的模块串。各串接转换器的中点限定用于在使用时连接到AC网络30中的相应相的第二AC端子40。
第一转换器块32和第二转换器块34的上述配置意味着AC网络30的各相受到并联连接的线换向晶闸管对36中相应的线换向晶闸管对36以及相应的串接转换器的操作的影响。各线换向晶闸管36以及各串接转换器的操作仅直接影响与之连接的相。
图2显示图1的功率电子转换器20a的操作。功率电子转换器20a被控制为在AC网络30和DC网络26之间提供对称的功率转移。本实例中以远程转换器站的形式提供DC网络26。
在使用时，第一DC端子24a连接到远程转换器站26的正端子和负端子中的一者，第二DC端子24b连接到远程转换器站26的正端子和负端子中的另一者，所述正端子和负端子分别携带+VDC/2和-VDC/2的电压，其中VDC为远程转换器站26的DC电压范围。该配置允许远程转换器站26提供相对于功率电子转换器20a的第一DC端子24a和第二DC端子24b具有任一极性的DC电压42。
在从AC网络30向远程转换器站26转移功率期间，将远程转换器站26两端的DC电压42设置为第一极性。线换向的晶闸管36的设置允许第一转换器块32用作将AC功率转换为DC功率的整流器，同时电流43在功率电子转换器20a的DC侧中沿第一方向流动。
在从远程转换器站26向AC网络30转移功率期间，远程转换器站26两端的DC电压42通过控制相关联的点弧角(firing angle)被反转到第二极性。线换向晶闸管36的设置允许第一转换器块32用作将DC功率转换为AC功率的逆变器，同时功率电子转换器20a的DC侧中的电流43继续沿第一方向流动。
线换向晶闸管36的切换操作被控制为在AC网络30和DC网络26之间转移功率期间实施所述整流和逆变过程。
如图2所示并如上所述，在功率电子转换器20a操作期间，要求第二转换器块34能在存在反向DC电压的情况下操作并能以单向电流流动实现双向功率流动。
因此，为达到这些要求，所述第二转换器块的各串接转换器的各模块44可包括两个辅助开关元件对，这两个辅助开关元件对与电容器46并联连接成全桥设置，以形成4象限双极模块44，各辅助开关元件为与反并联二极管并联连接的自换向开关元件48(如图3所示)。
基于4象限双极模块44的串接转换器能通过控制AC侧产生的波形的相角和幅度来在四个象限中被操作，因而能吸收或产生有功功率和无功功率。
可通过改变所述辅助开关元件的状态，旁路掉各4象限双极模块44的电容器46，或将各4象限双极模块44的电容器46插入到串接转换器中。
当自换向开关元件对48配置为在模块44中形成短路时，模块44的电容器46被旁路掉，从而导致所述功率电子转换器中的电流穿过该短路并绕过电容器46。这使模块44能提供零电压。
当自换向开关元件对48配置为允许转换器电流流入和流出电容器46时，模块44的电容器46则被插入到所述串接转换器中，电容器46则能充电或释放其储存的能量以及提供电压。所述全桥设置允许自换向开关元件48被配置为将电容器46以正向或反向位置插入到所述串接转换器中，以允许任一方向的电流流过电容器46，从而提供正电压或负电压。
此外，当模块44的电容器46被旁路掉或被插入到各串接转换器中时，模块44能双向传导电流。
如此，4象限双极模块44能在存在反向DC电压的情况下操作并能以单向电流流动实现双向功率流动(如图3所示)。
因此在该或各串接转换器中提供4象限双极模块44致使这种串接转换器的使用与基于线换向晶闸管的功率转换相兼容。
自换向开关元件48可操作为使得模块串44提供步进的可变电压源，并在该AC网络的基频附近处被切换。
通过将多个模块44的电容器46(各电容器提供其本身的电压)插入到所述串接转换器中，可以在该串接转换器两端累积组合电压，所述组合电压高于可自各单个模块44获得的电压。这使自换向开关元件48能与线换向晶闸管(典型地具有高得多的额定电压)结合起来使用。自换向开关元件48(例如IGBT)典型地具有较低的额定电压，这意味着基于这种自换向开关元件48的常规功率电子转换器倾向于具有比常规的十二脉冲的线换向晶闸管更低的设备额定值。然而所述串接转换器累积组合电压的能力意味着各模块44中的自换向开关元件48可以与超过各自换向开关元件48的单个额定电压的电压电平关联起来，因而可与具有更高额定电压的线换向晶闸管结合使用。
此外，4象限双极模块44提供正电压或负电压的能力意味着可以由提供正电压或负电压的模块44的组合来累积各串接转换器两端的电压。因此，可通过控制模块44交替提供正电压或负电压而将各个电容器46中的能量级别保持在最佳级别。
还可以改变针对各模块44的切换操作的时机，使得在所述串接转换器中插入和/或旁路掉各个模块44的电容器46导致产生电压波形。图4中示出了用所述串接转换器产生的电压波形的实例，其中交错插入所述各个模块的电容器，以产生50Hz的正弦波形。可以通过调节针对串接转换器中的各模块44的切换操作的时机来产生其它的波形形状。
在图3中示出的实施例中，各自换向开关元件48包括绝缘栅极双极型晶体管以及与之反向并联连接的二极管。
可以想象，在其它的实施例中，各自换向开关元件48可包括由反向并联连接的二极管伴随的不同的半导体器件，例如场效应晶体管、栅极关闭晶闸管、集成栅极换向晶体管、绝缘栅极换向晶闸管或其它自换向半导体开关。
自换向开关元件48的快速切换能力允许该或各串接转换器合成复杂波形以注入到功率电子转换器中，并从而对所产生的转换器电压和电流波形提供优越的控制和灵活性。复杂波形的合成和注入可用于最小化典型地存在于基于线换向晶闸管的功率转换中的谐波失真。
还可以想象，在其它的实施例中，各模块44的电容器46可以用不同的能量存储器件替换，例如燃料电池、电池或带有相关联的整流器的辅助AC发电机。
在其它实施例中，4象限双极模块44可以被简化为使得各模块44包括两个辅助开关元件对，各个辅助开关元件对由串联连接的一个自换向开关元件48以及一个二极管52组成(如图5所示)。在各辅助开关元件对中用二极管52替换自换向开关元件48导致转换器的尺寸、重量和成本降低。
简化的4象限双极模块44能提供正电压、零电压和负电压，同时保持单向电流流动。
当自换向开关元件48和二极管52配置为在模块44中形成短路时，简化的4象限双极模块44的电容器46被旁路掉，从而导致功率电子转换器中的电流穿过该短路并绕过电容器46。这使模块44能提供零电压。
当自换向开关元件48被断开以允许转换器电流通过二极管52经电容器46沿一个方向流动时，简化的4象限双极模块44提供正电压，并且当自换向开关元件48被闭合以允许转换器电流通过自换向开关元件48经电容器46沿另一方向流动时，简化的4象限双极模块44提供负电压。
因此，基于该简化的4象限双极模块44的串接转换器能以单向电流流动实现双向功率流动，并因此与基于线换向晶闸管的功率转换相兼容。
图6显示基于4象限双极模块的串接转换器38在图1的功率电子转换器中的使用。
在使用中，如图1和图6所示，功率电子转换器20a可通过变压器连接到AC网络30。该变压器的初级绕组54直接连接到该AC网络30上，而该变压器的次级绕组56和第三级绕组58分别连接到功率电子转换器20a的第一AC端子28和第二AC端子40。初级绕组54与次级绕组56和第三级绕组58互相耦合，使得第一AC端子28和第二AC端子40在使用时连接到该AC网络30的相应相。
这样的设置允许第二转换器块34的各串接转换器38直接控制AC网络30的相应相的AC电压的幅度。因此，不要求将在线分接头变换器并入相关联的变压器中以稳定并控制AC电压，因为各串接转换器38的自换向开关元件48提供了必要的电压控制。去除分接头变换装备会使系统可靠度增加，并节约了转换器的尺寸、重量和成本。
图7示出了根据本发明第二实施例的功率电子转换器20b。
功率电子转换器20b包含三个转换器分支22，这三个转换器分支22包括用于在使用时连接到DC网络26的第一DC端子24a和第二DC端子24b，以及用于在使用时连接到AC网络30的第一AC端子28。
在使用时，第一DC端子24a连接到DC网络26的正端子和负端子中的一个，第二DC端子24b连接到DC网络26的正端子和负端子中的另一个，所述正端子和负端子分别携带+VDC/2和-VDC/2的电压，其中VDC为DC网络26的DC电压范围。该配置允许DC网可以26提供相对于功率电子转换器20b的第一DC端子24a和第二DC端子24b具有任一极性的DC电压，以在AC网络30和DC网络26之间实现双向功率流动。
各转换器分支22包括第一转换器块，该第一转换器块串联连接在两个第二转换器块之间以限定第一分支部分60和第二分支部分62，各分支部分60、62包括线换向晶闸管36和串接转换器38，线换向晶闸管36和串接转换器38串联连接在第一DC端子和第二DC端子24a、24b中的相应一个与相应的第一AC端子28之间，各分支部分60、62的各线换向的晶闸管36和各串接转换器38可操作为将相应的分支部分60、62切换入或切换出电路，以在相应的第一AC端子28处产生电压波形。
第一分支部分60和第二分支部分62中的每一个的线换向晶闸管36与串接转换器38之间的串联连接意味着，在其它实施例中，可以将它们以相反顺序连接在第一AC端子28与相应的DC端子24a、24b之间。
因此，在其它实施例中，各转换器分支可包括两个第二转换器块，这两个第二转换器块串联连接在相应的第一转换器块的串联连接的线换向晶闸管之间，以限定第一分支部分和第二分支部分，所述两个第二转换器块之间的中点限定该或各转换器分支的第一AC端子，各分支部分包括线换向晶闸管和串接转换器，所述线换向晶闸管和串接转换器串联连接在第一DC端子和第二DC端子中的相应一个与相应的第一AC端子之间，各分支部分的各线换向晶闸管和各串接转换器可操作为将相应的分支部分切换入或切换出电路，以在相应的第一AC端子处产生电压波形。
可以想象，在其它的实施例中，各分支部分60、62可包括串接转换器38和一连串线换向晶闸管，所述串接转换器38和一连串线换向晶闸管串联连接在第一DC端子24a和第二DC端子24b中的相应一个与相应的第一AC端子28之间。
在图7中所示的设置中，各转换器分支22的线换向晶闸管36和串接转换器38与其它转换器分支22的线换向晶闸管36和串接转换器38独立地操作，因此仅直接影响与相应的第一AC端子28连接的相，并且对连接到其它转换器分支22的第一AC端子28上的相具有有限的影响。
所述功率电子转换器组件20b提供了简单得多的设置，因为其减少了到AC网络30的AC端子连接的数目，同时所执行的功能类似于图1中示出的功率电子转换器20a的功能。此外，可以通过省略图1和图6中示出的第三级绕组58的套件来简化互连AC网络30和功率电子转换器20b的变压器的结构。
如上所述，通过将第一分支部分60和第二分支部分62切换入或切换出电路，可控制线换向晶闸管36来执行整流和逆变过程，以在相应的第一AC端子28处产生电压波形。
串接模块44中的切换操作可配置为使得电容器46的插入和旁路与线换向晶闸管36的切换相协调，以在相应的第一AC端子28处形成例如正弦波形的逐步逼近。为了产生正弦波形的正分量和负分量，可通过增加或减小在串接转换器38中插入的电容器46的数目从而改变串接转换器电压来形成输出电压。串接转换器电压的改变可通过第一AC端子28处的输出电压的逐步递增或递减观测到。可通过使用较多个电压电平较低的模块44来增加电压步数，来提高电压波形的逐步逼近。
优选地，各串接转换器38可操作为产生一电压以抵消线换向晶闸管36两端的电压，从而最小化相应的线换向的晶闸管36两端的电压。抵消线换向晶闸管36两端的电压还可最小化在线换向晶闸管36在接通状态和断开状态之间换向期间的切换损耗，或降低线换向晶闸管36在处于断开状态时其两端的电压应力。
当两个分支部分60、62中的线换向晶闸管36均在接通状态和断开状态之间换向时，相应的分支部分60、62中的相关联的串接转换器38可操作为产生一电压，以便由两个分支部分60、62中的串接转换器38所提供的电压来对抗DC网络26的全电压范围VDC。因此，当线换向晶闸管36由一个状态切换到另一状态时，在第一分支部分60和第二分支部分62的线换向晶闸管36两端存在零电压或最小电压。在近零电压处切换最小化了与线换向晶闸管36的换向相关联的损耗。
该特征的有利之处在于它允许线换向晶闸管36在近零电压处切换，从而最小化切换损耗以及电磁干扰。由于使用近零电压切换还降低了电压共享误差以及线换向晶闸管36所感知的电压改变率，因而能简化转换器硬件和相关的缓冲器部件的设计。
当分支部分60、62的线换向晶闸管36处于断开状态时，分支部分60、62所支持的电压等于在相应的第一AC端子28处的输出电压与在相应的DC端子24处的DC电压之间的差。串接转换器38可配置为产生一电压以对抗分支部分60、62两端的电压，从而最小化在断开状态下线换向晶闸管36两端的电压应力。这是因为各分支部分60、62的电压容量是相应的串接转换器38的电压容量和相应的线换向晶闸管36的额定电压的组合，并且可以根据需要以非对称方式分配。
可以想象，这样的使用串接转换器38抵消线换向晶闸管36两端的电压以最小化切换损耗和线换向晶闸管36两端的电压应力的用法也适用于混合功率电子转换器的其它实施例。
可以想象，在本发明的其它实施例中，所述功率电子转换器可包括多个转换器分支或单个转换器分支，对于多个转换器分支而言，各转换器分支的第一AC端子在使用时连接到多相AC网络的相应相，或包括单个转换器分支；对于单个转换器分支而言，该单个转换器分支包括用于在使用时连接到单相AC网络的第一AC端子。
可替换地，功率电子转换器20c可包括两个转换器分支22，并进一步包括一DC链电容器对64，该DC链电容器对64串联连接在各转换器分支22的第一DC端子24a和第二DC端子24b之间，并与各转换器分支22并联连接，DC链电容器64之间的中点限定用于在使用时连接到AC网络30的一个相的第三AC端子，如图8所示。
在两个转换器分支22的第一AC端子28处合成波形导致在DC链电容器64之间的第三AC端子66处产生第三电压波形。若这两个合成的波形具有相同的形状和幅度，则该第三波形将与所述合成的波形共用相同的波形形状和幅度。
在两个转换器分支22的第一AC端子28处合成的波形在形状和幅度上都相同的情况下，在第三AC端子66处产生的第三电压波形将共用相同的波形形状和幅度。
在功率电子转换器将用于提供或从AC网络30的三相中汲取平衡的有功功率和无功功率时，合成波形的形状优选为正弦形状，以与三相AC电源的常规波形形状相匹配。
在常规的三相功率电子转换器中，各转换器分支22中的开关操作于120电度(electrical degree)的相角位移处，以确保各循环周期上的稳恒的电力供应。
两个转换器分支22的线换向晶闸管36和串接转换器38可操作于所述合成波形的相位之间的相角位移处，所述相角位移优选为60电度。
可参考图9a和图9b中示出的矢量图来解释功率电子转换器20c的操作，其中假设第三AC端子66接地(零伏)。
功率电子转换器20c操作于在两个转换器分支22的第一AC端子28处的合成波形之间的60电度的相角位移处。图9a和图9b中示出的矢量之间的角度等于所述合成波形之间的相角位移。
参考图9a，相对于第三AC端子66处的零电压，两个转换器分支22之一的第一AC端子28处的电压VA等于一个单位电压。
相对于第三AC端子66处的零电压，两个转换器分支22中的另一个转换器分支的第一AC端子28处的电压VB在与连接VA和VB的矢量成60度处，也等于一个单位电压。
通过对两个转换器分支22的第一AC端子28以及第三AC端子66处的三个电压求平均来计算中性电压VN。因此，VN在与连接VA和VB的矢量以及连接VC和VB的矢量均成30度处，等于0.577个单位电压。
参考图9b，相对于中性电压VN，各AC端子处的中性AC侧电压VAN、VBN和VCN等于0.577个单位电压。任意两个矢量之间的角度位移等于120度，遵循常规的三相功率电子转换器中的波形之间的相角位移。
因此，功率电子转换器20c通过利用中性AC侧电压VAN、VBN和VCN而作为三相功率电子转换器20c操作。
可以想象，两个转换器分支22的线换向晶闸管36和串接转换器38可被控制为操作于60电度或其它相角位移处，并独立地生成正弦或其它形状的波形，允许从与功率电子转换器20c的AC侧相连接的AC网络30的三相中汲取不同量的有功功率和无功功率。
只有两个转换器分支22需要诸如电容器和电感器之类的转换器部件。此外，可以减少功率电子转换器20c和全局控制器之间的通信链路。与常规的三相转换器设置(其中所有的转换器分支都需要转换器部件)相比，转换器部件的减少使得成本、空间包络和操作效率得以改善。
图10中，第一转换器块32与第二转换器块34并联连接，以形成单相转换器元件。第一转换器块32由两个线换向晶闸管对36组成，每个线换向晶闸管对36中的两个线换向晶闸管串联连接，这两个线换向晶闸管对36彼此并联连接，每个线换向晶闸管对36之中的中点限定在使用时连接到AC网络30的一个相的第一AC端子28。第二转换器块34包括串接转换器38，该串接转换器38在使用时更改呈现于该单相转换器元件的DC侧的电压，以合成非常近似于经抵消整流的正弦波形的波形。这导致所述单相转换器元件的AC侧上产生谐波失真最小的近于完美的正弦波。
因此，图10中示出的功率电子转换器20d不要求所述单相转换器元件的AC侧上有用以控制功率质量的谐波滤波器。当没有串接转换器38时，所述单相转换器元件会从包含高阶谐波(例如3阶、5阶、7阶和9阶谐波)的AC网络30中汲取电流，这会在第一AC端子28处的电压波形中造成不期望的谐波失真。
在第一AC端子28处产生近于完美的正弦波形允许线换向的晶闸管36在近零电压处换相，并因而最小化功率电子转换器20d的正常操作中的切换损耗。可以想象，在其它实施例中，串接转换器38可被控制为根据功率电子转换器20d的期望功能来合成其它的波形。
在第二转换器块34中使用串接转换器38意味着呈给线换向晶闸管36的电压轮廓是由串接转换器38施加和控制的，并且是缓变的波形，而不是反之将呈给所述晶闸管的高电压阶跃。因此，消除了主晶闸管转换器设计中对于较大的匹配的均压(voltage sharing)部件的需要，并且使得硬件更简单、更廉价并且更高效。
可在所述电路的DC侧上串联或并联连接三个单相转换器元件，以限定用于三相电力传输的二端DC网。所述三相转换器中的各单相转换器元件的结构和功能与图10中示出的单相转换器元件的结构和功能相同。
各串接转换器独立地操作，彼此相隔120电度。在使用时，DC输出电压为相隔120电度进行操作的各个合成波形之和。
各单相转换器元件的相应第一AC端子28可连接到三相变压器的相应次级绕组56上，次级绕组56限定如图11所示的三相星形绕组。
提供这样的设置得到灵活的功率电子转换器20e，该功率电子转换器20e不仅在AC网络30和DC网络26之间提供双向功率流动，还允许功率电子转换器20e中的电流双向(而非单向)流动。该功率电子转换器设置与包括能提供正电压、零电压或负电压并能双向传导电流的4象限双极模块的串接转换器的使用相兼容。
在本发明实施例中，可操作该或各串接转换器产生DC侧电压以补偿AC侧调节效应，否则该调节效应会导致通常由所述功率电子转换器中的增大的功率流动和电流引起的DC侧电压偏低(voltage droop)。
优选地，该或各串接转换器38可操作为产生一电压以对抗AC网或DC网30、26中在使用时由故障70产生的电流68的流动，如图12所示。各串接转换器38的模块44切换入电路，以将对抗电压72注入所述功率电子转换器中，来消除故障电流68并从而防止损坏功率电子转换器部件。该故障可能由另一转换器站中的一个或更多个晶闸管阀的换向故障造成，这导致传导的晶闸管被直接连接到DC网络26两端而形成短路路径。
当DC网络26中的故障在所述功率电子转换器中产生高故障电流68时，可操作一个或更多个串接转换器38的各模块44的辅助开关元件来插入全桥模块44，以注入电压72，该电压72对抗无故障的AC网络30的驱动电压，从而降低所述功率电子转换器中的故障电流68。
例如，如图12所示，在DC网络26两端发生的短路70使得DC网络26的正端子和负端子处的电压均下降至零伏。当该情况发生时，高故障电流68可自AC网络30流经转换器分支22的第一分支部分60，并经短路70和另一转换器分支的第二分支部分62返回到AC网络30。
该短路的低阻抗意味着在所述功率电子转换器中流动的故障电流68可能超过所述功率电子转换器的额定电流。
可通过对抗来自AC网络30的驱动电压来最小化故障电流68。这是如果如下操作来实现的：将各串接模块44的辅助开关元件配置为使得模块44被插入到相应的串接转换器38中以提供对抗并从而降低驱动电压的电压。
使用功率电子转换器部件来实现电压转换以及消除故障电流68简化或消除了对于分立的保护电路装备(例如电路断路器和电路隔离器)的需要。这节约了硬件尺寸、重量和成本。此外，自换向开关元件的快速切换能力允许串接转换器38迅速响应AC网络30或DC网络26中故障的发展并提供消除故障电流68的反向电压72。
优选地，所述功率电子转换器进一步包括至少一个可操作地与辅助转换器相关联的旁路机构。
在辅助转换器不能产生所需要的对抗并降低驱动电压的电压以降低故障电流的情况下，或者在功率电子转换器中的晶闸管36出现换向故障的情况下，纳入旁路机构为相关的辅助转换器提供了附加的故障保护，否则换向故障将导致高电压直接作用于辅助转换器。
图12中示出的功率电子转换器包括与其串接转换器38之一并联连接的旁路机构。在使用时，所述旁路机构可操作为产生贯通所述旁路机构的短路。所述短路形成供转换器电流流动的替换路径，从而造成转换器电流绕过串接转换器68。
为转换器电流提供替换路径保护串接转换器免受会对串接转换器造成损害的高故障电流或高电压。
通过激活旁路机构中的开关71形成短路，来产生贯通被激活的开关71的短路。开关71的激活可由操作员手动执行，或者在检测到AC网络30或DC网络26或所述功率电子转换器中的故障时自动执行。
优选地，所述旁路机构的开关71采用机械旁路开关或半导体开关的形式。
可以想象，在利用多个辅助转换器的实施例中，功率电子转换器可包括多个旁路机构，各旁路机构可操作地与辅助转换器中的相应一个辅助转换器相关联。
优选地，至少一个线换向晶闸管36与包括串接转换器38的第二转换器块34并联连接，如图13所示。第二转换器块34的串接转换器38可操作为提供换向电压以将相关联的线换向晶闸管36切换至断开状态。使用自换向开关元件来协助断开相关联的线换向晶闸管36，对所述切换过程提供改良的控制并从而提高性能和效率。
可以想象，在本发明实施例中，所述第一转换器块可进一步包括至少一个二极管，或第一转换器块的线换向的晶闸管36可被二极管替代，以便形成包括至少一个第一转换器块的功率电子转换器，其中第一转换器块包括多个二极管或包括线换向晶闸管与二极管的组合。图14所示的功率电子转换器20f类似于图1中示出的功率电子转换器20a，不同之处仅在于，所有线换向晶闸管由二极管74替代。用二极管代替第一转换器块32中的线换向晶闸管得到具有不对称转移特性的功率电子转换器20f。
在图14中，功率电子转换器20f包含转换器分支22，转换器分支22包括用于在使用时连接到DC网络26的第一DC端子24a和第二DC端子24b，以及用于在使用时连接到AC网络30的第一AC端子28。
转换器分支22包括第一转换器块32和第二转换器块34，第一转换器块32和第二转换器块34串联连接在第一DC端子24a和第二DC端子24b之间，以限定用于三相电力传输的二端DC网络。
第一转换器块32包括并联连接的三个二极管对74。各个二极管对74的中点限定用于在使用时连接到三相AC网络30的相应相的第一AC端子28。
第二转换器块34包括并联连接的三个辅助转换器，各辅助转换器为串接转换器，所述串接转换器包括串联连接的模块串。各串接转换器的中点限定用于在使用时连接到AC网络30的相应相上的第二AC端子40。
在从AC网络30向DC网络26转移功率期间，第一转换器块32表现为实施AC功率向DC功率的转换的整流器。但第一转换器块32不能作为从DC网络26向AC网络30转移功率的逆变器。当DC网络26的极性反转，使得各二极管对74中的两个串联连接的二极管74都被正向偏置时，则在第一转换器块32两端形成短路。因此，第一转换器块32两端没有电压，并且没有功率从第一转换器块32向AC网络30流动。
由于第二转换器块34的4象限双极模块44具有提供双向功率流动的能力，因此第二转换器块34提供从DC网络26向AC网络30的有限的功率流动。
这样的功率电子转换器20f适用于严重偏向自AC网30向DC网输出功率并仅要求最小功率输入的应用(例如风电厂)。因此，可省略转换器部件(在其它情况下，则需要这些转换器部件来便于从DC网26向AC网30转移功率)，从而节约尺寸、重量和成本。
可以想象，在其它的实施例中，功率电子转换器20f可包括多个转换器分支22，各转换器分支22包括用于在使用时连接到多相AC网络30的相应相的至少一个第一AC端子28。

Claims (29)

1.一种功率电子转换器(20a)，用在高压直流电力传输以及无功功率补偿中，包括：
至少一个转换器分支(22)，所述转换器分支包括用于在使用时连接到DC网络(26)的第一DC端子(24a)和第二DC端子(24b)，该或各转换器分支(22)包括连接在所述第一DC端子(24a)和所述第二DC端子(24b)之间的至少一个第一转换器块(32)和至少一个第二转换器块(34)；该或各第一转换器块(32)包括多个线换向晶闸管(36)和用于在使用时连接到AC网络(30)的至少一个第一AC端子(28)，该或各第二转换器块(34)包括至少一个包括多个自换向开关元件的辅助转换器；其中所述自换向开关元件在使用时可控制为注入一电压以更改呈给所述转换器分支(22)的DC侧的DC电压和/或更改在所述转换器的AC侧上的AC电压和AC电流。
2.根据权利要求1所述的功率电子转换器(20a)，其中该或各辅助转换器为串接转换器(38)，该或各串接转换器包括串联连接的一串模块，各模块包括与储能器件并联连接的至少一对开关元件，该或各对开关元件包括至少一个自换向开关元件，所述开关元件在使用时可控制为使得该串或各串串联连接的模块(44)提供连续可变的电压源。
3.根据权利要求2所述的功率电子转换器(20a)，其中该或各串接转换器中的该或各模块包括两对开关元件，所述两对开关元件与相应的储能器件并联连接成全桥设置，以限定能提供正电压或负电压并能双向传导电流的4象限双极模块。
4.根据权利要求3所述的功率电子转换器(20a)，其中该对或各对开关元件包括串联连接的两个自换向开关元件，或者包括串联连接的一个自换向开关元件和一个二极管。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的功率电子转换器(20a)，其中该或各储能器件包括电容器、燃料电池、电池或带有相关联的整流器的辅助AC发电机。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率电子转换器(20a)，其中各自换向开关元件包括半导体器件。
7.根据权利要求6所述的功率电子转换器(20a)，其中所述半导体器件为绝缘栅极双极晶体管、栅极关断晶闸管、场效应晶体管、绝缘栅极换向晶闸管或集成栅极换向晶闸管。
8.根据前述权利要求中任一项所述的功率电子转换器(20a)，其中该或各辅助转换器可操作为产生一电压，以抵消线换向晶闸管两端上的电压，从而最小化相应的线换向晶闸管两端上的电压。
9.根据前述权利要求中任一项所述的功率电子转换器(20a)，其中该或各辅助转换器可操作为产生一电压，以对抗在使用时由所述AC网络或DC网络中的故障产生的电流的流动。
10.根据前述权利要求中任一项所述的功率电子转换器(20a)，其中该或各第一转换器块包括一个或更多个线换向晶闸管组，所述一个或更多个线换向晶闸管组彼此并联连接，每个线换向晶闸管组中的线换向晶闸管彼此串联连接。
11.根据权利要求10所述的功率电子转换器(20a)，其中该或各并联连接的线换向晶闸管组中串联连接的线换向晶闸管之间的中点限定用于在使用时连接到AC网络的相应相的第一AC端子。
12.根据前述权利要求中任一项所述的功率电子转换器(20a)，其中至少一个第一转换器块与第二转换器块并联连接，所述并联连接的第一转换器块和第二转换器块形成单相转换器元件。
13.根据权利要求12所述的功率电子转换器(20a)，其中三个单相转换器元件在所述电路的DC侧上串联连接，以限定用于三相电力传输的二端DC网络。
14.根据权利要求13所述的功率电子转换器(20a)，其中三个单相转换器元件在所述电路的DC侧上并联连接，以限定用于三相电力传输的二端DC网络。
15.根据权利要求10或11所述的功率电子转换器(20a)，其中第一转换器块在所述电路的DC侧上与第二转换器块串联连接，以限定用于多相电力传输的二端DC网络，所述第一转换器块包括多个线换向晶闸管组，所述多个线换向晶闸管组彼此并联连接，每个线换向晶闸管组中的线换向晶闸管彼此串联连接，并联连接的各线换向晶闸管组的第一AC端子连接到所述AC网络的相应相，所述第二转换器块包括多个辅助转换器，各辅助转换器包括用于在使用时连接到所述AC网络的相应相的第二AC端子，其中并联连接的该或各由串联连接的线换向晶闸管构成的线换向晶闸管组以及该或各辅助转换器可操作为更改所述AC网络的相关联的相的AC电压。
16.根据权利要求15在引用权利要求2至5中任一项时所述的功率电子转换器(20a)，其中各串接转换器的中点限定用于在使用时连接到所述AC网络的相应相的第二AC端子。
17.根据权利要求15或16所述的功率电子转换器(20a)，其中所述功率电子转换器在使用时通过变压器连接到所述AC网络，使得所述第一转换器块的第一AC端子在使用时连接到该变压器的次级绕组，并且所述第二转换器块的第二AC端子在使用时连接到该变压器的第三级绕组。
18.根据权利要求1至11中任一项所述的功率电子转换器(20a)，其中该或各转换器分支包括第一转换器块，所述第一转换器块串联连接在两个第二转换器块之间，以限定第一分支部分和第二分支部分，各分支部分包括至少一个线换向晶闸管，所述至少一个线换向晶闸管与辅助转换器串联连接在所述第一DC端子和第二DC端子中的相应一个与相应的第一AC端子之间，各分支部分的各线换向晶闸管和各辅助转换器可操作为将相应的分支部分切换入或切换出电路，以在相应的AC端子处产生电压波形。
19.根据权利要求1至10中任一项所述的功率电子转换器(20a)，其中该或各转换器分支包括两个第二转换器块，所述两个第二转换器块串联连接在所述相应的第一转换器块的线换向晶闸管之间，以限定第一分支部分和第二分支部分，所述两个第二转换器块之间的中点限定该或各转换器分支的第一AC端子，各分支部分包括至少一个线换向晶闸管，所述至少一个线换向晶闸管与辅助转换器串联连接在所述第一DC端子和所述第二DC端子中的相应一个与相应的第一AC端子之间，各分支部分的各线换向晶闸管和各辅助转换器可操作为将相应的分支部分切换入或切换出电路，以在相应的第一AC端子处产生电压波形。
20.根据权利要求18或19所述的功率电子转换器(20a)，包括多个转换器分支，各转换器分支的第一AC端子在使用时被连接到多相AC网络的相应相。
21.根据权利要求20所述的功率电子转换器(20a)，包括两个转换器分支，并进一步包括一对DC链电容器，该对DC链电容器串联连接在各转换器分支的第一DC端子和第二DC端子之间，并且与各转换器分支并联连接，所述DC链电容器之间的中点限定用于在使用时连接到所述AC网络的一个相的第三AC端子。
22.根据前述权利要求中任一项所述的功率电子转换器(20a)，其中至少一个晶闸管与第二转换器块并联连接，所述第二转换器块的辅助转换器可操作为提供一换向电压以将相关联的线换向晶闸管切换到断开状态。
23.根据前述权利要求中任一项所述的功率电子转换器(20a)，进一步包括可操作地与一辅助转换器相关联的至少一个旁路机构，其中该或各旁路机构可操作为产生贯通所述旁路机构的短路，从而在旁路掉相应的辅助转换器的同时，使所述转换器电流流经所述短路。
24.根据权利要求23所述的功率电子转换器(20a)，其中该或各旁路机构可操作为在检测到所述AC网络或所述DC网络或所述功率电子转换器中的故障时产生贯通所述旁路机构的短路。
25.根据权利要求23或24所述的功率电子转换器(20a)，其中该或各旁路机构与相应的辅助转换器并联连接。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的功率电子转换器(20a)，其中该或各旁路机构包括开关，所述旁路机构可操作为激活相应的开关以产生贯通该被激活的开关的短路。
27.根据权利要求26所述的功率电子转换器(20a)，其中所述开关为机械旁路开关或半导体开关。
28.根据前述权利要求中任一项所述的功率电子转换器(20a)，其中该或各第一转换器块进一步包括至少一个二极管。
29.根据权利要求15至27中任一项所述的功率电子转换器(20a)，其中所述第一转换器块的线换向晶闸管由二极管替代。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103986177A (zh) * 2014-05-09 2014-08-13 华北电力大学 一种串入可控子模块的lcc-hvdc拓扑结构
CN105164907A (zh) * 2013-08-29 2015-12-16 韩国电力公社 高压直流输电用变换器
CN105186896A (zh) * 2013-09-13 2015-12-23 通用电气能源能量变换技术有限公司 高压dc电力变换系统和操作该系统的方法
CN105322530A (zh) * 2014-06-02 2016-02-10 西门子公司 用于将电力发电机连接到hvdc传输系统的装置和方法
CN105765848A (zh) * 2013-09-23 2016-07-13 通用电气技术有限公司 输电网络中使用的功率模块中的改进或与其相关的改进
CN105830328A (zh) * 2013-12-20 2016-08-03 西门子公司 发电站
CN106068608A (zh) * 2014-03-07 2016-11-02 通用电气公司 混合高压直流转换器系统
CN107431357A (zh) * 2015-05-13 2017-12-01 Abb瑞士股份有限公司 混合高压直流换流站及其操作方法
CN109983681A (zh) * 2016-11-23 2019-07-05 赖茵豪森机械制造公司 用于控制基于晶闸管开关元件的开关模块的方法
CN111194520A (zh) * 2017-08-11 2020-05-22 通用电器技术有限公司 电压源转换器及其控制
US20210111635A1 (en) * 2016-12-14 2021-04-15 Aquahydrex, Inc. Dc power supply systems and methods

Families Citing this family (71)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2416486B1 (en) * 2009-03-30 2018-05-30 Hitachi, Ltd. Power conversion device
CA2764504C (en) 2009-06-15 2016-08-23 David Trainer Dc voltage source converter
CN102460933B (zh) 2009-06-22 2014-12-31 阿尔斯通技术有限公司 变换器
EP2460264B1 (en) 2009-07-31 2015-05-20 ALSTOM Technology Ltd Configurable hybrid converter circuit
WO2011098117A1 (en) * 2010-02-09 2011-08-18 Areva T&D Uk Limited Converter for high voltage dc dc transmission
KR20130006613A (ko) 2010-03-15 2013-01-17 알스톰 테크놀러지 리미티드 다중레벨 컨버터를 갖는 정지형 무효전력 보상장치
BR112012023820A2 (pt) * 2010-03-23 2016-08-02 Abb Technology Ag conversor de fonte de voltagem e método para manuseio de falha do mesmo
US8867242B2 (en) 2010-04-15 2014-10-21 Alstom Technology Ltd Hybrid 2-level and multilevel HVDC converter
BR112012031569A2 (pt) 2010-06-18 2016-11-08 Alstom Technology Ltd conversor eletrônico e potência para uso na transmissão de potência em corrente contínua em alta tensão e compensação de potência reativa e método de operação do conversor eletrônico de potência
CN103141018B (zh) 2010-07-30 2015-12-16 阿尔斯通技术有限公司 包括用于处理dc侧短路的全桥单元的hvdc转换器
WO2012025142A1 (en) 2010-08-24 2012-03-01 Alstom Grid Uk Limited Hvdc converter with neutral-point connected zero-sequence dump resistor
EP2633612A1 (en) * 2010-10-27 2013-09-04 Alstom Technology Ltd. Modular multilevel converter
WO2012167826A1 (en) 2011-06-08 2012-12-13 Alstom Technology Ltd High voltage dc/dc converter with cascaded resonant tanks
WO2013017160A1 (en) 2011-08-01 2013-02-07 Alstom Technology Ltd A dc to dc converter assembly
EP2777127B1 (en) 2011-11-07 2016-03-09 Alstom Technology Ltd Control circuit
WO2013071975A1 (en) * 2011-11-17 2013-05-23 Alstom Technology Ltd Hybrid ac/dc converter for hvdc applications
GB201120640D0 (en) * 2011-11-30 2012-01-11 Univ Birmingham Power converter
WO2013091699A1 (en) 2011-12-21 2013-06-27 Abb Technology Ltd An arrangement for controlling the electric power transmission in a hvdc power transmission system
WO2013091700A1 (en) 2011-12-21 2013-06-27 Abb Technology Ltd An arrangement for controlling the electric power transmission in a hvdc power transmission system
CA2865447C (en) 2012-03-01 2019-03-12 Alstom Technology Ltd Control circuit
WO2013139392A1 (en) 2012-03-21 2013-09-26 Abb Technology Ltd Switching system for a dc grid
KR101698940B1 (ko) * 2012-03-22 2017-01-23 제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하 전력 전자 컨버터
EP2670013B1 (en) * 2012-06-01 2016-09-21 General Electric Technology GmbH Current flow controller
WO2013185825A1 (en) * 2012-06-14 2013-12-19 Abb Technology Ltd Multiline hvdc station with mmc and csc inputs
US9431918B2 (en) 2012-09-28 2016-08-30 General Electric Company Grounding scheme for modular embedded multilevel converter
US9559611B2 (en) 2012-09-28 2017-01-31 General Electric Company Multilevel power converter system and method
US20140146582A1 (en) * 2012-11-29 2014-05-29 General Electric Company High voltage direct current (hvdc) converter system and method of operating the same
US9312783B2 (en) * 2012-12-18 2016-04-12 General Electric Company Voltage source current controlled multilevel power converter
US9356536B2 (en) * 2013-01-11 2016-05-31 ABBI Research Ltd. Bidirectional power conversion with fault-handling capability
EP2755315A1 (en) * 2013-01-11 2014-07-16 Alstom Technology Ltd Hybrid modular converter
WO2014111164A1 (en) * 2013-01-21 2014-07-24 Abb Technology Ltd A multilevel converter with hybrid full-bridge cells
WO2014111595A1 (en) * 2013-01-21 2014-07-24 Abb Technology Ltd A multilevel converter with hybrid full-bridge cells
US9099936B2 (en) 2013-03-14 2015-08-04 General Electric Company High voltage direct current (HVDC) converter system and method of operating the same
US9941813B2 (en) 2013-03-14 2018-04-10 Solaredge Technologies Ltd. High frequency multi-level inverter
EP2987229B1 (en) * 2013-04-18 2018-06-13 ABB Schweiz AG Mechanical bypass switch device, converter arm and power converter
EP2797216A1 (en) * 2013-04-26 2014-10-29 Alstom Technology Ltd DC/DC converter with auxiliary converter
WO2014198343A1 (en) * 2013-06-14 2014-12-18 Abb Technology Ltd Arrangement, method and computer program product concerned with tapping of power from a dc power line to an ac power line
US9252681B2 (en) * 2013-08-30 2016-02-02 General Electric Company Power converter with a first string having controllable semiconductor switches and a second string having switching modules
GB2518853B (en) * 2013-10-02 2016-01-27 Alstom Technology Ltd Voltage source converter
US9577557B2 (en) * 2013-10-18 2017-02-21 Abb Schweiz Ag Turbine-generator system with DC output
US9334749B2 (en) 2013-10-18 2016-05-10 Abb Technology Ag Auxiliary power system for turbine-based energy generation system
US9614457B2 (en) 2013-10-18 2017-04-04 Abb Schweiz Ag Modular thyristor-based rectifier circuits
GB2519791B (en) * 2013-10-30 2016-10-05 Alstom Technology Ltd Breaker circuit
EP2887529A1 (en) 2013-12-23 2015-06-24 Alstom Technology Ltd Modular multilevel converter leg with flat-top PWM modulation, converter and hybrid converter topologies
DE112015000510T5 (de) * 2014-01-27 2016-12-22 Ayman Abdel-Khalik Gleichstrom-Seitiger-Fehler-Isolator für Hochspannungs-Gleichstrom-Stromrichter
EP2916447B1 (en) * 2014-03-05 2019-05-08 General Electric Technology GmbH Voltage source converter
US9602021B2 (en) * 2014-03-07 2017-03-21 General Electric Company Hybrid high voltage direct current converter system and method of operating the same
WO2015142324A1 (en) * 2014-03-19 2015-09-24 General Electric Company Hybrid three-level npc thyristor converter with chain-link strings as inner ac switches
US9318974B2 (en) 2014-03-26 2016-04-19 Solaredge Technologies Ltd. Multi-level inverter with flying capacitor topology
EP2930837A1 (en) 2014-04-10 2015-10-14 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Power converters
EP2955837B1 (en) * 2014-06-10 2017-09-13 General Electric Technology GmbH Semicontuctor switching circuit
KR101542940B1 (ko) * 2014-07-10 2015-08-11 연세대학교 산학협력단 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조 및 이를 이용한 장치
CN107078656A (zh) * 2014-09-12 2017-08-18 Abb瑞士股份有限公司 电压源转换器和关联方法
EP3002868A1 (de) * 2014-09-30 2016-04-06 Siemens Aktiengesellschaft Hybrider M2C-Diodengleichrichter
GB2537359B (en) * 2015-04-10 2018-06-27 Alstom Technology Ltd Converter
WO2017028890A1 (en) * 2015-08-17 2017-02-23 Abb Schweiz Ag Method of controlling operation of an interface arrangement in a power transmission system
WO2017062365A1 (en) * 2015-10-06 2017-04-13 Cummins Power Generation Ip, Inc. Reconfigurable converter
DE102016120149A1 (de) * 2015-10-22 2017-04-27 Ayman S. Abdel-Khalik Verfahren zum Konvertieren von Hochspannungs-Wechselstrom-Leitungen zu bipolaren Hochspannungs-Gleichstrom-Systemen
CN105515353B (zh) * 2016-01-27 2018-06-19 东南大学 基于混合型模块化多电平变换器的四端口电力电子变压器
CN106253725B (zh) * 2016-08-24 2018-10-19 清华大学 适于单向潮流的单侧桥臂阻断型模块化多电平变流器
CN117977825A (zh) 2017-05-26 2024-05-03 通用电气公司 电力传输装置
US10616339B2 (en) * 2017-11-28 2020-04-07 Dell Products, L.P. System and method to configure, manage, and monitor stacking of ethernet devices in a software defined network
EP3741023B1 (de) * 2018-02-28 2022-04-06 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Vorrichtung und verfahren zum steuern eines lastflusses in einem wechselspannungsnetz
WO2020037291A1 (en) * 2018-08-16 2020-02-20 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Composite dc-dc converter
CN109039072B (zh) 2018-08-21 2020-09-08 南京南瑞继保电气有限公司 一种双极双向直流变换器及其控制方法和控制装置
EP3614562A1 (en) * 2018-08-24 2020-02-26 General Electric Technology GmbH Electronic valve apparatus
EP3614552B1 (en) * 2018-08-24 2021-05-19 General Electric Technology GmbH Voltage source converter
CN112290573B (zh) * 2019-07-22 2023-08-22 全球能源互联网研究院有限公司 一种电压跌落补偿装置及其控制方法
CN219513973U (zh) * 2020-03-24 2023-08-11 西门子能源全球有限公司 用于大电流负载的供电装置和具有供电装置的设备
CN111509756B (zh) * 2020-04-03 2022-11-25 清华大学 用于混合换流器的高位在线取能装置及方法
US20220140607A1 (en) * 2020-10-30 2022-05-05 University Of Tennessee Research Foundation Station-hybrid high voltage direct current system and method for power transmission

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002063758A1 (en) * 2001-02-07 2002-08-15 Abb Ab A converter device and a method for the control thereof
EP1244203A2 (de) * 2001-03-22 2002-09-25 SEMIKRON Elektronik GmbH Stromrichterschaltungsanordnung für Generatoren mit dynamisch veränderlicher Leistungsabgabe
CN201307832Y (zh) * 2008-12-05 2009-09-09 北京交通大学 一种模块化dc1500v混合式牵引供电装置
CN101669184A (zh) * 2007-04-16 2010-03-10 西门子公司 用于保护变流器模块的装置

Family Cites Families (61)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3867643A (en) 1974-01-14 1975-02-18 Massachusetts Inst Technology Electric power converter
US4053820A (en) * 1976-01-29 1977-10-11 Wisconsin Alumni Research Foundation Active filter
US4816736A (en) * 1987-03-12 1989-03-28 Globe-Union Inc. Polyphase alternator and dual voltage battery charging system for multiple voltage loads
US5499178A (en) * 1991-12-16 1996-03-12 Regents Of The University Of Minnesota System for reducing harmonics by harmonic current injection
US5345375A (en) * 1991-12-16 1994-09-06 Regents Of The University Of Minnesota System and method for reducing harmonic currents by current injection
WO1993023913A1 (en) * 1992-05-11 1993-11-25 Electric Power Research Institute Optimized high power voltage sourced inverter system
GB2285523B (en) 1994-01-08 1997-10-15 Gec Alsthom Ltd Improvements in or relating to multilevel convertors
DE9416048U1 (de) 1994-10-06 1996-02-01 Siemens Ag Vorrichtung zur Erhöhung der Grundschwingungs-Leistungsausbeute eines selbstgeführten Wechselrichters
GB2294821A (en) 1994-11-04 1996-05-08 Gec Alsthom Ltd Multilevel converter
JP3465454B2 (ja) * 1995-04-24 2003-11-10 株式会社デンソー 発電装置
JPH08336238A (ja) * 1995-06-06 1996-12-17 Nippondenso Co Ltd 車両用電源システム
SE504522C2 (sv) 1995-07-06 1997-02-24 Asea Brown Boveri Kraftöverföring med högspänd likström innefattande fler än två strömriktarstationer
DE19634905A1 (de) * 1996-08-29 1998-03-05 Abb Patent Gmbh Gleichrichterschaltung
SE514498C2 (sv) 1997-03-13 2001-03-05 Abb Ab Styrutrustning för ett aktivt filter samt HVDC-anläggning innefattande sådan styrutrustning
US6236580B1 (en) * 1999-04-09 2001-05-22 Robicon Corporation Modular multi-level adjustable supply with series connected active inputs
US6301130B1 (en) * 1999-09-01 2001-10-09 Robicon Corporation Modular multi-level adjustable supply with parallel connected active inputs
WO2001071897A1 (en) 2000-03-18 2001-09-27 Alstom An improved electrical substation
US6392348B1 (en) * 2000-11-17 2002-05-21 Johnson Controls Technology Co. Dual voltage alternator using center-tap regulation
DE10103031B4 (de) 2001-01-24 2011-12-01 Siemens Ag Stromrichterschaltung mit verteilten Energiespeichern und Verfahren zur Steuerung einer derartigen Stromrichterschaltung
SE521885C2 (sv) 2001-04-11 2003-12-16 Abb Ab Strömriktare
FR2834143B1 (fr) 2001-12-20 2004-02-27 Thales Sa Hacheur serie a commutation synchrone
JP4596866B2 (ja) 2003-09-09 2010-12-15 パナソニック株式会社 モータ駆動装置
GB0325067D0 (en) * 2003-10-27 2003-12-03 Goodrich Actuation Systems Ltd Multi-pulse converter circuits
US6969967B2 (en) 2003-12-12 2005-11-29 Ut-Battelle Llc Multi-level dc bus inverter for providing sinusoidal and PWM electrical machine voltages
EP1562279A3 (en) 2004-02-06 2005-11-02 HONDA MOTOR CO., Ltd. DC/DC converter and program
GB2418079B (en) 2004-09-10 2007-12-12 Areva T & D Uk Ltd Convertible high voltage direct current installation
GB2419043A (en) 2004-09-27 2006-04-12 Areva T & D Uk Ltd DC transmission system with variable current and voltage
CA2622057C (en) 2005-09-09 2017-01-17 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus for electrical power transmission
EP1922804A1 (de) 2005-09-09 2008-05-21 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung für die elektroenergieübertragung
DE102005045090B4 (de) * 2005-09-21 2007-08-30 Siemens Ag Verfahren zur Steuerung eines mehrphasigen Stromrichters mit verteilten Energiespeichern
JP2007089358A (ja) * 2005-09-26 2007-04-05 Mitsubishi Electric Corp 車両用交流発電機の制御装置
US7274576B1 (en) 2006-03-01 2007-09-25 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power converter with reduced common mode voltage
KR100795752B1 (ko) * 2006-07-06 2008-01-21 명지대학교 산학협력단 펄스다중화 보조회로를 이용한 전압원 컨버터의 직류송전시스템
CA2671818C (en) 2006-12-08 2015-09-29 Siemens Aktiengesellschaft Device for converting an electric current
DE112007003408A5 (de) 2007-01-17 2009-12-24 Siemens Aktiengesellschaft Ansteuerung eines Phasenmodulzweiges eines Multilevel-Stromrichters
EP2183848B1 (en) 2007-09-05 2017-07-19 ABB Schweiz AG Voltage source converter for high voltage direct current power transmission
KR101183507B1 (ko) 2008-06-09 2012-09-20 에이비비 테크놀로지 아게 전압원 컨버터
WO2010025758A1 (de) 2008-09-05 2010-03-11 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung mit einem umrichter
CN102210088B (zh) 2008-11-07 2015-11-25 Abb技术有限公司 链式变换器、启动链式变换器的方法和静态补偿器系统
US8188720B2 (en) 2008-11-14 2012-05-29 Ford Global Technologies, Llc Multi-phase DC-DC converter control
WO2010069371A1 (en) 2008-12-17 2010-06-24 Abb Technology Ag A method of upgrading a plant for transmitting electric power and such a plant
EP2202863A1 (de) 2008-12-29 2010-06-30 Siemens Aktiengesellschaft Multilevelconverter als Blindleistungskompensator mit Wirkleistungssymmetrisierung
CN102334274B (zh) 2009-02-09 2014-12-03 阿尔斯通技术有限公司 转换器
EP2443733A1 (en) 2009-06-15 2012-04-25 Alstom Grid UK Limited Converter control
CA2764504C (en) 2009-06-15 2016-08-23 David Trainer Dc voltage source converter
US8704498B2 (en) * 2009-06-15 2014-04-22 Alstom Technology Ltd. Converter
CN102460933B (zh) 2009-06-22 2014-12-31 阿尔斯通技术有限公司 变换器
EP2460264B1 (en) * 2009-07-31 2015-05-20 ALSTOM Technology Ltd Configurable hybrid converter circuit
CA2768785C (en) * 2009-07-31 2017-01-31 Alstom Grid Uk Limited Converter with active fault current limitation
US8837176B2 (en) * 2009-08-03 2014-09-16 Alstom Technology, Ltd. Converter with reactive power compensation
EP2494687B1 (en) 2009-10-29 2018-08-01 General Electric Technology GmbH High voltage ac-dc converter
WO2011098117A1 (en) 2010-02-09 2011-08-18 Areva T&D Uk Limited Converter for high voltage dc dc transmission
KR20130006613A (ko) 2010-03-15 2013-01-17 알스톰 테크놀러지 리미티드 다중레벨 컨버터를 갖는 정지형 무효전력 보상장치
BR112012023820A2 (pt) 2010-03-23 2016-08-02 Abb Technology Ag conversor de fonte de voltagem e método para manuseio de falha do mesmo
US8867242B2 (en) * 2010-04-15 2014-10-21 Alstom Technology Ltd Hybrid 2-level and multilevel HVDC converter
BR112012031569A2 (pt) * 2010-06-18 2016-11-08 Alstom Technology Ltd conversor eletrônico e potência para uso na transmissão de potência em corrente contínua em alta tensão e compensação de potência reativa e método de operação do conversor eletrônico de potência
CN103141018B (zh) * 2010-07-30 2015-12-16 阿尔斯通技术有限公司 包括用于处理dc侧短路的全桥单元的hvdc转换器
EP2633612A1 (en) * 2010-10-27 2013-09-04 Alstom Technology Ltd. Modular multilevel converter
WO2012167826A1 (en) 2011-06-08 2012-12-13 Alstom Technology Ltd High voltage dc/dc converter with cascaded resonant tanks
US20140133196A1 (en) 2011-06-29 2014-05-15 David Reginald Trainer Converter
CN102957151A (zh) 2011-08-22 2013-03-06 台达电子企业管理（上海）有限公司 一种用于可再生能源系统的功率补偿装置及其方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002063758A1 (en) * 2001-02-07 2002-08-15 Abb Ab A converter device and a method for the control thereof
EP1244203A2 (de) * 2001-03-22 2002-09-25 SEMIKRON Elektronik GmbH Stromrichterschaltungsanordnung für Generatoren mit dynamisch veränderlicher Leistungsabgabe
CN101669184A (zh) * 2007-04-16 2010-03-10 西门子公司 用于保护变流器模块的装置
CN201307832Y (zh) * 2008-12-05 2009-09-09 北京交通大学 一种模块化dc1500v混合式牵引供电装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HONGBO JIANG ET AL.: "Harmonic Cancellation of A Hybrid Converter", 《IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY》, vol. 13, no. 4, 31 October 1998 (1998-10-31), pages 1291 - 1296, XP011049590, DOI: doi:10.1109/61.714498 *

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9692311B2 (en) 2013-08-29 2017-06-27 Korea Electric Power Corporation High-voltage direct current converter including a 12-pulse diode recitifier connected in series with a voltage-source converter
CN105164907A (zh) * 2013-08-29 2015-12-16 韩国电力公社 高压直流输电用变换器
CN105164907B (zh) * 2013-08-29 2018-06-26 韩国电力公社 高压直流输电用变换器
CN105186896A (zh) * 2013-09-13 2015-12-23 通用电气能源能量变换技术有限公司 高压dc电力变换系统和操作该系统的方法
CN105765848B (zh) * 2013-09-23 2019-05-14 通用电气技术有限公司 输电网络中使用的功率模块及其配置方法
CN105765848A (zh) * 2013-09-23 2016-07-13 通用电气技术有限公司 输电网络中使用的功率模块中的改进或与其相关的改进
CN105830328A (zh) * 2013-12-20 2016-08-03 西门子公司 发电站
CN105830328B (zh) * 2013-12-20 2019-11-15 西门子公司 发电站
CN106068608B (zh) * 2014-03-07 2019-02-22 通用电气公司 混合高压直流转换器系统
CN106068608A (zh) * 2014-03-07 2016-11-02 通用电气公司 混合高压直流转换器系统
TWI673947B (zh) * 2014-03-07 2019-10-01 美商通用電機股份有限公司 混合高壓直流轉換器系統
CN103986177A (zh) * 2014-05-09 2014-08-13 华北电力大学 一种串入可控子模块的lcc-hvdc拓扑结构
CN103986177B (zh) * 2014-05-09 2017-04-12 华北电力大学 一种串入可控子模块的lcc‑hvdc拓扑结构
CN105322530A (zh) * 2014-06-02 2016-02-10 西门子公司 用于将电力发电机连接到hvdc传输系统的装置和方法
CN105322530B (zh) * 2014-06-02 2019-08-06 西门子公司 用于将电力发电机连接到hvdc传输系统的装置和方法
CN107431357A (zh) * 2015-05-13 2017-12-01 Abb瑞士股份有限公司 混合高压直流换流站及其操作方法
CN109983681A (zh) * 2016-11-23 2019-07-05 赖茵豪森机械制造公司 用于控制基于晶闸管开关元件的开关模块的方法
US20210111635A1 (en) * 2016-12-14 2021-04-15 Aquahydrex, Inc. Dc power supply systems and methods
US11601040B2 (en) * 2016-12-14 2023-03-07 Aquahydrex, Inc. AC to DC power supply systems and methods
CN111194520A (zh) * 2017-08-11 2020-05-22 通用电器技术有限公司 电压源转换器及其控制

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011124258A1 (en) 2011-10-13
ES2466353T3 (es) 2014-06-10
CA2793701A1 (en) 2011-10-13
CA2793701C (en) 2017-05-16
US20130208521A1 (en) 2013-08-15
KR101727778B1 (ko) 2017-04-17
KR20130086280A (ko) 2013-08-01
DK2556585T3 (da) 2014-05-05
CN103081335B (zh) 2016-01-06
US8934268B2 (en) 2015-01-13
EP2556585A1 (en) 2013-02-13
EP2556585B1 (en) 2014-02-26

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