CN104782042A - 转换器臂和关联转换器装置 - Google Patents

转换器臂和关联转换器装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104782042A
CN104782042A CN201280076194.2A CN201280076194A CN104782042A CN 104782042 A CN104782042 A CN 104782042A CN 201280076194 A CN201280076194 A CN 201280076194A CN 104782042 A CN104782042 A CN 104782042A
Authority
CN
China
Prior art keywords
converter unit
converter
control signal
transducer
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201280076194.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104782042B (zh
Inventor
J.赫夫纳
H.布杰克伦德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Energy Co ltd
Original Assignee
ABB T&D Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB T&D Technology AG filed Critical ABB T&D Technology AG
Publication of CN104782042A publication Critical patent/CN104782042A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104782042B publication Critical patent/CN104782042B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H02M1/092—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices the control signals being transmitted optically
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

提供一种用于功率转换的转换器臂。该转换器臂包括：多个转换器单元，其中各转换器单元包括：多个半导体开关；能量储存元件；以及至少三个控制信号连接，设置成控制多个半导体开关的导通状态。各转换器单元被连接以经由所述控制信号连接从至少三个实体接收控制信号，其中三个实体的至少两个是相邻转换器单元，并且各转换器单元设置成经由所述控制信号连接将控制信号转发到所有连接的相邻转换器单元。还提供一种对应转换器装置。

Description

转换器臂和关联转换器装置
技术领域
本发明涉及用于功率转换的转换器臂。
背景技术
高压直流(HVDC)的使用因与用于输电的AC(交流)相比的多个优点而不断增加。为了将HVDC环节或HVDC电网连接到AC电网，转换需要从DC(直流)到AC或者AC到DC进行。这个转换例如能够使用电压源转换器(VSC)来执行。
在电压源转换器中，转换器单元由主控制器来控制，以同步转换。当存在许多转换器单元时，各单元需要能够从主控制器接收控制信号，这在转换器单元的数量较大时会变得复杂。
WO2011/120572提供一种用于高压DC输电和无功功率补偿的电压源转换器。所提供的电压源转换器包括设置成彼此相邻以形成环的一对串联组合件。本地数据传输链路允许串联组合件的从转换器单元相互之间接收和传送数据。这在全局控制单元与串联组合件之一的主转换器单元之间的通信故障的情况下提供备用通信路由。
但是，如果可能的话，在将控制信号提供给转换器单元的途中更进一步改进可靠性则会是有益的。
发明内容
一个目的是改进将控制信号提供给转换器臂的转换器单元时的容错。
按照第一方面，提供一种用于功率转换的转换器臂。该转换器臂包括：多个转换器单元，其中各转换器单元包括：多个半导体开关；能量储存元件；以及至少三个控制信号连接，设置成控制多个半导体开关的导通状态。各转换器单元被连接以经由所述控制信号连接从至少三个实体接收控制信号，其中三个实体的至少两个是相邻转换器单元，并且各转换器单元设置成经由所述控制信号连接将控制信号转发到所有连接的相邻转换器单元。这样，提供给转换器臂的控制信号充满转换器臂的转换器单元。重要地，这个布置提供对任何故障(其可影响转换器单元的一个或多个)的极大冗余度和抗性。
该转换器臂还可包括两个非相邻转换器单元之间的快捷连接，其中非相邻转换器单元各包括至少四个控制信号连接。这种快捷连接降低向所有转换器单元提供控制信号方面的最大延迟。
各转换器单元可设置成与提供给控制信号连接的其他消息独立地检测提供给控制信号连接的阻塞消息（blocking message），其中阻塞消息指示转换器单元关断转换器单元的所有半导体开关。通过独立检测阻塞消息，阻塞消息能够比使用完全常规消息解码时更快地被检测。这允许阻塞消息更快地被转发，并且因而更快地传播到所有单元。
各转换器单元可设置成检测和转发阻塞消息，而无需对于包含阻塞消息的控制信号完全解码。
转换器单元中的四个可直接连接到主控制器，其设置成生成控制信号，控制信号设置成控制转换器单元的多个半导体开关的导通状态。这四个转换器单元能够设置在转换器臂的任一侧，其中任何其他转换器单元连接在这四个转换器单元之间。通过这个布置，两个出故障单元决不会影响任何其他单元的可控性。实际上，在许多情况下，分布位置的三个或更多转换器单元能够出故障而没有影响其他单元的可控性。
直接连接到主控制器的转换器单元可以仅连接到两个相邻转换器单元，以及在这种实施例中，没有直接连接到主控制器的任何转换器单元连接到三个相邻转换器单元。
各转换器单元可包括单元控制器，并且各转换器单元的至少三个控制信号连接可连接到单元控制器，其中单元控制器可设置成经由相应选通单元(其设置成将半导体开关的控制信号调节成适当格式)来控制转换器单元的半导体开关。
各转换器单元可包括辅助功率输入，其中各辅助功率输入可设置成向相应转换器单元的控制功能供电，而无需对相应转换器单元的能量储存元件进行充电。这样，具有互连转换器单元的整个转换器臂的控制功能性能够在无需向主电力线供电的情况下被测试。这在安装期间或者对于故障管理能够是特别有用的。
转换器臂还可包括至少一个电池，其连接到转换器单元的辅助功率输入。电池提供充分可靠性，并且在安装或故障管理时易于根据需要来更换。
各转换器单元可包括连接到其辅助功率输入的电池。
控制信号连接的每一个可以是双向连接。
控制信号连接的每一个可设置成经由光学连接进行通信。
按照第二方面，提供一种用于以交流AC与直流DC之间的至少一个方向转换功率的转换器装置，其中包括按照第一方面的至少一个转换器臂。
该转换器装置可包括并联连接在DC连接的端子之间的多个相腿，并且各相腿可包括按照第一方面的至少一个转换器臂。
一般来说，权利要求书中使用的所有术语将要按照它们在技术领域中的普通含意来解释，除非本文中另加明确说明。对“一/一个/该元件、设备、组件、部件、步骤等”的所有提法开放式地理解为表示元件、设备、组件、部件、步骤等的至少一个实例，除非另加明确说明。本文所公开的任何方法的步骤无需按照所公开的准确顺序来执行，除非另加明确说明。
附图说明
现在作为示例、参照附图来描述本发明，附图包括：
图1是示出用于在DC与AC之间进行转换的转换器装置的一个实施例的示意图；
图2A-B是示出按照具有对主控制器的变化连通性选项的三个实施例、图1的转换器装置的转换器臂的结构的示意图；
图3是示出按照一个实施例、图1的转换器装置的转换器臂的结构的示意图；
图4A-B是示出图2A-B或图3的转换器单元的两个实施例的结构的示意图；
图5是示出按照一个实施例、图4A-B的单元控制器的示意图；以及
图6A-B是示出图4A-B的转换器单元的开关单元的实施例的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更全面地描述本发明，附图中示出本发明的某些实施例。但是，本发明可通过许多不同形式来实施，而不应被理解为局限于本文所提出的实施例；相反，这些实施例作为示例来提供，以使得本公开将是透彻和全面的，并且将向本领域的技术人员全面地传达本发明的范围。在整个描述中，相似的标号表示相似的元件。
图1是示出用于在DC与AC之间进行转换的转换器装置8的一个实施例的示意图。DC连接包括正极端子DC+和负极端子DC-，并且能够是HVDC连接。这个实施例中的AC连接是包括三个AC连接ACa、ACb和ACc的三相连接，并且能够连接到例如AC电网。虽然转换器装置8在这里示为具有三相，但是转换器装置8同样完全能够具有一相、两相、四相或更多相。
由于在这里存在三相，所以存在三个相腿7a-c。三个相腿7a-c并联连接在DC连接的端子DC+、DC-之间。在这个实施例中，第一相腿7a包括串联连接在DC连接的端子DC+、DC-之间的第一转换器臂1a、第一电感器9a、第二电感器9b和第二转换器臂1b。类似地，第二相腿7b包括串联连接在DC连接的端子DC+、DC-之间的第三转换器臂1c、第三电感器9c、第四电感器9d和第四转换器臂1d，以及第三相腿7c包括串联连接在DC连接的端子DC+、DC-之间的第五转换器臂1e、第五电感器9e、第六电感器9f和第六转换器臂1f。AC端子ACa、ACb和ACc设置在相应相腿7a-c的电感器9a-b之间。可选地，只有一个电感器设置在各相腿7a-c中。
主控制器10连接到所有转换器臂1a-f，并且发送控制转换器臂1a-f的操作的控制信号。这样，主控制器10控制用于从AC到DC或者从DC到AC的转换的转换器臂的操作。转换器装置8能够沿AC与DC之间的任一方向是单向的或者是双向的。在这个实施例中，转换器装置8是电压源转换器。能够从主控制器10发送给转换器臂1a-f的一个或多个的一种控制信号类型是阻塞消息。阻塞消息指示转换器臂关断转换器单元的所有半导体开关。
虽然转换器装置8在这里示为对各相腿具有两个转换器臂，但是每相可能包括由主控制器10所控制的任何适当数量(1、2、3等)的串联连接转换器臂。具体来说，如果存在相腿所需的大量转换器单元，则相腿能够包括两个以上转换器臂。
图2A-B是示出按照具有对一个或多个主控制器的变化连通性选项的两个实施例、图1的转换器装置8的转换器臂1的结构的示意图。转换器臂1能够是图1所示转换器臂1a-f的任一个。首先，将描述图2A所示转换器臂的结构。
转换器臂1包括多个转换器单元6a-6z。两个转换器单元6a、6y连接到第一主控制器，以及两个转换器单元6b连接到第二主控制器。两个主控制器10a-b是冗余的，并且按照相同方式进行操作，其中一个主控制器是活动的而一个主控制器处于热备用。在需要时，例如由于出故障的活动主控制器或者一些转换器单元因出故障的转换器单元而从活动主控制器不可达，热备用的控制器能够介入并且快速接管控制。
转换器臂中的转换器单元的数量能够按逐个安装而极大地改变，并且能够例如达到数百个转换器单元。各转换器单元6a-z包括具有半导体开关的开关单元和能量储存元件，如下面将更详细说明。此外，各转换器单元6a-z包括至少三个控制信号连接，其中在控制信号连接的任一个所提供的控制信号控制转换器单元的半导体开关的导通状态。控制信号连接是双向连接。
各转换器单元6a-z被连接以从至少三个相邻实体的任一个来接收控制信号。相邻在这里将被理解为与直接控制信号连接是紧接的。例如，第一转换器单元6a具有两个并且只有两个相邻转换器单元：第二转换器单元6b和第三转换器单元6c。此外，第一转换器单元6a直接连接到第一主控制器10a。
如图2A所示，各转换器单元的三个实体中的至少两个是相邻转换器单元。参见例如转换器单元6a-b和6y-z，其分别连接到两个相邻转换器单元以及主控制器10a-b其中之一。其他转换器单元连接到相邻转换器单元，参见例如转换器单元6c-f。更具体来说，例如，第三转换器单元6c具有三个并且只有三个相邻转换器单元：第一转换器单元6a、第四转换器单元6d和第五转换器单元6e。
此外，转换器单元6a-z的每一个设置成将所接收控制信号转发到所有连接的相邻转换器单元(以及主控制器10a-b，若连接到控制信号连接其中之一)。各转换器单元配置成自主地执行控制信号转发的这个动作，而无需附加外部控制。
这样，来自主控制器10a-b的控制信号使转换器臂的转换器单元6a-z充满控制信号。重要地，这个布置提供对任何故障(其可影响转换器单元的一个或多个)的极大冗余度和抗性，即使主控制器10a-b仅需要连接在转换器单元的两侧，其中两个转换器单元连接到任一侧的主控制器10a-b。也就是说，四个转换器单元6a-b、6y-z连接到主控制器10a-b。
比方说，例如第一转换器单元6a出故障并且然后另一个转换器单元6f出故障。在现有技术的系统中，两个转换器单元的故障能够影响许多其他转换器单元的可控性。相比之下，通过这个布置，两个出故障单元决不会影响任何其他单元的可控性。实际上，在大多数情况下，三个或更多转换器单元能够出故障而没有影响其他单元的可控性。在现有技术中，达到对差错的这种复原的唯一方式是通过提供每个单独转换器单元与主控制器之间的连接，这在转换器单元的数量较高时是一种高成本解决方案。
在图2A的结构中，冗余的两个主控制器10a-b直接连接到转换器臂1、四个转换器单元6a-b、6y-z。
图2B所示的实施例与图2A所示的实施例相似。但是，在这里，存在单个主控制器10，其中具有从主控制器到与连接的转换器单元6a-b、6y-z的四个连接的四个单独连接。与图2A的实施例相比，这个实施例提供更简单和更低费用的解决方案。
图3是示出按照一个实施例、图1的转换器装置8的转换器臂1的结构的示意图。这个实施例与图2A-B的实施例相似，但是还包括快捷连接15a-b。
第一快捷连接15a设置在第一转换器单元6c与第二转换器单元6y之间。为了使快捷连接15a是捷径，第一和第二转换器单元6c、y不是相邻转换器单元。
可选地，第二快捷连接15b设置在第三转换器单元6b与第四转换器单元6x之间。在这里，又为了使快捷连接15b是一捷径，第三和第四转换器单元6b、x不是相邻转换器单元。
连接到快捷连接15a-b的转换器单元将控制信号连接看作就像控制信号连接的其他任一个，并且在这个输入按照与对于其他控制信号连接相同的方式来接收和/或转发控制信号。
使用快捷15a-b，并且由于存在对每次控制信号经过控制单元所引入的小延迟，所以将要从主控制器10传播到所有转换器单元的控制信号的最大延迟减小。这例如对阻塞消息能够是特别有用的。可选地，能够提供更多快捷连接，以进一步减小控制信号传播的最大延迟。
连接到快捷连接15a-b的所有转换器单元具有附加控制信号连接，并且因而具有(至少)四个控制信号输入。
图4A-B是示出图2A-B或图3的转换器单元6的两个实施例的结构的示意图。图4A示出转换器单元6的一个实施例，转换器单元6能够是图2A-B的转换器单元的任一个以及图3的转换器单元的任一个，其没有连接到快捷连接，即，具有三个控制信号连接的转换器单元。
转换器单元6包括单元控制器2和开关单元32。单元控制器2连接到三个控制信号连接12a-c，以接收控制信号和/或将其转发到相邻转换器单元和/或主控制器，如上所述。各控制信号连接12a-c例如能够配置成使用光纤、例如使用EtherCAT或者任何其他适当通信协议来发送和/或接收控制信号。
当控制信号在控制信号连接12a-c的任一个所接收时，单元控制器2将控制信号转发到开关单元32以及所有其他控制信号连接(除了通过其接收该控制信号的控制信号连接之外)。这样，任何输入控制信号涌到所有控制信号连接。
图4B示出转换器单元6的另一个实施例，转换器单元6能够是图3的转换器单元的任一个，其连接到快捷连接，即，具有四个控制信号连接的转换器单元。在这个实施例中，转换器单元6与图4A的实施例中的控制器单元相似。但是在这个实施例中，存在四个控制信号连接12a-d，以便能够还接纳通过快捷连接的控制信号连接。
图5是示出按照一个实施例、图4A-B的单元控制器的示意图。为了清楚起见，所有控制信号连接在这里通过单个控制信号连接12来表示。开关单元连接13向开关单元(参见图4A-B)发送控制信号。在这个实施例中，单元控制器2包括快速解码器4和主解码器5。快速解码器4设置成使得它与提供给控制信号输入的至少一个的其他消息独立地对提供给控制信号输入12的至少一个的阻塞消息进行解码。例如，阻塞消息能够在无需对提供给控制信号输入的消息完全解码的情况下被检测和转发。当接收阻塞消息时，阻塞信号(例如阻塞消息)直接地或者经由主解码器5发送给开关单元连接13。除了阻塞消息之外的消息只转发到主解码器5。
实现快速解码器的一种方式在于，阻塞消息按照不符合标准协议的格式在控制信号连接的通信信道上发送。换言之，信号幅值、定时和/或频率等对于控制信号连接的通信信道上的正常通信可能越限。这允许对阻塞消息的快速有效区别，而无需使用主解码器5对消息适当解码。
在调试期间或者在其他时间，单元控制器可需要被测试。在单元控制器通常由主电力线(例如图1的DC连接)来供电的情况下，高压可能存在。高压使得对在场的操作人员不安全，这阻止有效测试或者甚至完全阻止测试。因此，可选地，单元控制器2包括辅助功率输入7，以用于在主电力线不供电时向单元控制器供电。辅助功率输入7没有连接成对连接的开关单元的任何能量储存元件进行充电，以及能够是在大约数十伏特DC、例如24V的低压功率输入。通过向转换器单元的控制功能供电而不对能量储存元件进行充电，具有互连转换器单元的整个转换器臂能够被测试，而无需向主电力线供电。
例如，能够提供电池3，以向单元控制器2供电。能够为转换器单元的子集或者为所有转换器单元提供电池3。
在另一个实施例中，作为替代或补充，相邻单元6连接到单元控制器2的辅助功率输入7。这样，单元控制器在一些情况下仍然能够转发控制信号消息，甚至当其连接的开关单元已经出故障时，从而进一步增加转换器单元之间的控制信号传播的可靠性。
图6A-B是示出图4A-B的转换器单元的开关单元32的实施例的示意图。开关单元32是一个或多个半导体开关(例如晶体管)和一个或多个能量储存元件(例如电容器、超级电容器、电感器、电池等)的组合。可选地，开关单元能够是多级转换器结构，例如快速电容器或MPC(多点钳位)或ANPC(有源中性点钳位)多级结构。可选地，为各半导体开关提供选通单元，以便将输入控制信号调节成对于连接的半导体开关是适合和/或最佳的格式。
图6A示出实现半桥结构的开关单元32。开关单元32在这里包括采取开关40-b(例如IGBT(绝缘栅双极晶体管)、IGCT(绝缘栅换向晶闸管)、GTO(栅关断晶闸管))的形式的两个串联连接的有源组件的腿。两个串联连接的二极管42a-b的腿如图所示与串联连接的开关40a-b的腿连接，实际上与两个开关40a-b并联。能量储存组件41也设置成与晶体管40a-b的腿以及与二极管32a-b的腿并联。由开关单元所合成的电压因而能够是零或者是能量储存组件41的电压。
图6B示出实现全桥结构的开关单元32。开关单元32在这里包括四个开关40a-d，例如IGBT、IGCT、GTO等。能量储存组件41也设置成并联于两个晶体管40a-b的第一腿和两个晶体管40c-d的第二腿。与图6A的半桥相比，全桥结构允许能够取两种符号的电压的合成，由此开关单元的电压能够是零、是能量储存组件41的电压或者是能量储存组件41的反向电压。相应二极管42a-d设置成例如按照反并联方式与开关40a-d并联。
图6A-B中，具有并联二极管的开关能够例如使用反向导通(RC)IGBT、RC-IGCT或BiGT(双模绝缘栅晶体管)共同提供。
要注意，虽然开关单元32在图6A-B中使用半桥单元和全桥开关单元来例示，但是本文所提供的实施例并不局限于这些示例，而是随开关单元的任何适当配置是可适用的。
以上主要参照几个实施例描述了本发明。但是，如本领域的技术人员易于理解，除了以上所公开之外的其他实施例在如所附权利要求书所限定的本发明的范围之内同样是可能的。

Claims (14)

1. 一种用于功率转换的转换器臂(1，1a-f)，包括：
多个转换器单元(6，6a-z)，其中各转换器单元(6，6a-z)包括多个半导体开关(40a-d)、能量储存元件(41)以及设置成控制所述多个半导体开关(40a-b)的导通状态的至少三个控制信号连接(12a-d)；
其中各转换器单元(6，6a-z)被连接以经由所述控制信号连接从至少三个实体接收控制信号，所述三个实体的至少两个是相邻转换器单元(6，6a-z)，并且各转换器单元(6，6a-z)设置成经由所述控制信号连接将控制信号转发到所有连接的相邻转换器单元(6，6a-z)。
2. 如权利要求1所述的转换器臂(1，1a-f)，还包括两个非相邻转换器单元之间的快捷连接，其中所述非相邻转换器单元各包括至少四个控制信号连接。
3. 如以上权利要求中的任一项所述的转换器臂(1，1a-f)，其中，各转换器单元(6，6a-z)设置成与提供给所述控制信号连接的其他消息独立地检测提供给所述控制信号连接的阻塞消息，其中所述阻塞消息指示所述转换器单元关断所述转换器单元的所有半导体开关。
4. 如权利要求3所述的转换器臂(1，1a-f)，其中，各转换器单元(6，6a-z)设置成检测和转发所述阻塞消息，而无需对包含所述阻塞消息的控制信号完全解码。
5. 如以上权利要求中的任一项所述的转换器臂(1，1a-f)，其中，所述转换器单元(6，6a-z)中的四个直接连接到主控制器(10)，其设置成生成控制信号，所述控制信号设置成控制所述转换器单元(6，6a-z)的所述多个半导体开关的导通状态。
6. 如权利要求5所述的转换器臂(1，1a-f)，其中，直接连接到所述主控制器(10)的所述转换器单元仅连接到两个相邻转换器单元，以及没有直接连接到所述主控制器(10)的任何转换器单元连接到三个相邻转换器单元。
7. 如以上权利要求中的任一项所述的转换器臂(1，1a-f)，其中，各转换器单元(6，6a-z)包括单元控制器(2)，以及各转换器单元(6，6a-z)的所述至少三个控制信号连接(12a-d)连接到所述单元控制器(2)，其中所述单元控制器(2)设置成经由设置成将所述半导体开关的控制信号调节成适当格式的相应选通单元来控制所述转换器单元的所述半导体开关。
8. 如以上权利要求中的任一项所述的转换器臂(1，1a-f)，其中，各转换器单元包括辅助功率输入(7)，其中各辅助功率输入(7)设置成向所述相应转换器单元的控制功能供电，而无需对所述相应转换器单元(6，6a-z)的所述能量储存元件(41)进行充电。
9. 如权利要求8所述的转换器臂(1，1a-f)，还包括连接到所述转换器单元(6，6a-z)的所述辅助功率输入(7)的至少一个电池(3)。
10. 如权利要求9所述的转换器臂(1，1a-f)，其中，各转换器单元包括连接到其辅助功率输入(7)的电池(3)。
11. 如以上权利要求中的任一项所述的转换器臂(1，1a-f)，其中，所述控制信号连接的每一个是双向连接。
12. 如以上权利要求中的任一项所述的转换器臂(1，1a-f)，其中，所述控制信号连接的每一个设置成经由光学连接进行通信。
13. 一种用于以交流AC与直流DC之间的至少一个方向来转换功率的转换器装置(8)，包括如以上权利要求中的任一项所述的至少一个转换器臂(1，1a-f)。
14. 如权利要求13所述的转换器装置，其中，所述转换器装置包括并联连接在DC连接的端子之间的多个相腿，并且各相腿包括如权利要求1至12中的任一项所述的至少一个转换器臂。
CN201280076194.2A 2012-10-01 2012-10-01 转换器臂和关联转换器装置 Active CN104782042B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2012/069348 WO2014053156A1 (en) 2012-10-01 2012-10-01 Converter arm and associated converter device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104782042A true CN104782042A (zh) 2015-07-15
CN104782042B CN104782042B (zh) 2016-08-17

Family

ID=46982590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280076194.2A Active CN104782042B (zh) 2012-10-01 2012-10-01 转换器臂和关联转换器装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9564829B2 (zh)
EP (1) EP2904698B1 (zh)
CN (1) CN104782042B (zh)
CA (1) CA2886956C (zh)
WO (1) WO2014053156A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117378113A (zh) * 2021-04-14 2024-01-09 日立能源有限公司 用于大规模电网能量储存系统的电网集成的控制平台架构

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9136765B2 (en) * 2013-03-08 2015-09-15 Power Integrations, Inc. Techniques for controlling a power converter using multiple controllers
US20160308458A1 (en) * 2013-12-24 2016-10-20 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device
EP2937986A1 (en) * 2014-04-25 2015-10-28 Alstom Technology Ltd A control module
KR101704787B1 (ko) * 2014-12-31 2017-02-22 주식회사 효성 제어기의 이중화 시스템
WO2016165718A1 (en) * 2015-04-16 2016-10-20 Vestas Wind Systems A/S Controlling of wind-turbine-converter system over a communication bus
RU2662804C1 (ru) * 2017-10-12 2018-07-31 Публичное акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы" Система управления высоковольтным тиристорным вентилем
EP3703241B1 (en) 2019-02-26 2022-07-13 Hitachi Energy Switzerland AG Communication in a converter device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110019442A1 (en) * 2009-07-21 2011-01-27 Hitach, Ltd. Power converter
CN102142976A (zh) * 2010-02-01 2011-08-03 中兴通讯股份有限公司 一种网状网保护域的共享保护方法及系统
WO2011120572A1 (en) * 2010-03-31 2011-10-06 Areva T&D Uk Limited Converter
US20120113698A1 (en) * 2009-07-21 2012-05-10 Shigenori Inoue Power conversion device
CN102570502A (zh) * 2010-12-28 2012-07-11 维斯塔斯风力系统有限公司 风力涡轮机的电力传输系统的控制器装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01114362A (ja) 1987-10-27 1989-05-08 Fuji Electric Co Ltd 光ゲート信号発生回路
JPH01222653A (ja) 1988-02-29 1989-09-05 Toshiba Corp 電力変換器の光ゲート信号発生装置
JPH09214440A (ja) * 1996-02-05 1997-08-15 Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> パルス情報の双方向伝送方式及び光送受信装置
JP3102401B2 (ja) 1997-12-26 2000-10-23 富士電機株式会社 電力変換器の制御装置
US6038044A (en) * 1998-02-20 2000-03-14 Mci Communications Corporation Ring/mesh optical network
KR100498047B1 (ko) * 2003-03-05 2005-07-01 삼성전자주식회사 과전류 차단 기능을 갖는 모바일 디바이스
US8239597B2 (en) * 2008-07-18 2012-08-07 Intersil Americas Inc. Device-to-device communication bus for distributed power management
US8270316B1 (en) * 2009-01-30 2012-09-18 The Regents Of The University Of California On-chip radio frequency (RF) interconnects for network-on-chip designs
WO2010145688A1 (en) 2009-06-15 2010-12-23 Areva T&D Uk Limited Converter control
JP5592236B2 (ja) * 2010-11-01 2014-09-17 株式会社日立製作所 電力変換装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110019442A1 (en) * 2009-07-21 2011-01-27 Hitach, Ltd. Power converter
US20120113698A1 (en) * 2009-07-21 2012-05-10 Shigenori Inoue Power conversion device
CN102142976A (zh) * 2010-02-01 2011-08-03 中兴通讯股份有限公司 一种网状网保护域的共享保护方法及系统
WO2011120572A1 (en) * 2010-03-31 2011-10-06 Areva T&D Uk Limited Converter
CN102570502A (zh) * 2010-12-28 2012-07-11 维斯塔斯风力系统有限公司 风力涡轮机的电力传输系统的控制器装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117378113A (zh) * 2021-04-14 2024-01-09 日立能源有限公司 用于大规模电网能量储存系统的电网集成的控制平台架构

Also Published As

Publication number Publication date
US9564829B2 (en) 2017-02-07
CA2886956A1 (en) 2014-04-10
EP2904698A1 (en) 2015-08-12
EP2904698B1 (en) 2018-08-01
US20150229229A1 (en) 2015-08-13
CN104782042B (zh) 2016-08-17
WO2014053156A1 (en) 2014-04-10
CA2886956C (en) 2015-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104782042B (zh) 转换器臂和关联转换器装置
KR102007625B1 (ko) 재구성 가능 mmc 서브모듈 유닛 및 그 제어 유닛
US8817503B2 (en) Power converter with a central controller and cell controllers daisy-chained by optical fiber
EP2380255B1 (en) A method of upgrading a plant for transmitting electric power and such a plant
CN105191093A (zh) 具有混合全桥单元的多级转换器
CN103250340B (zh) 用于在dc电力线与ac电力线之间传输电力的装置
CN105324924B (zh) 机械旁路开关装置、变换器臂和功率变换器
CN103731059B (zh) 一种模块化多电平换流器的双嵌位子模块结构电路
JP2015130746A (ja) 電力変換装置およびその制御方法
CN104040666B (zh) 直流断路器和包括这样的直流断路器的电力系统
KR20130124772A (ko) 전력변환 시스템 및 전력변환 방법과, 그 시스템을 제어하는 장치 및 방법
CN102075104A (zh) 具有多个输入端子和两个输出端子的转换装置和使用其的光伏系统
US20150049530A1 (en) Power electronic converter
EP2553800A1 (en) Converter
CN103944430A (zh) 一种模块化多电平换流器子单元拓扑
CN104124880A (zh) 用于功率电子设备转换器的分布式控制器
US20180358887A1 (en) Control device and control method for large power conversion
CN105684293A (zh) 功率变换器
EP2747268B1 (en) Voltage source current controlled multilevel power converter
CN104362663A (zh) 基于多端直流系统的断路器装置
CN105305493B (zh) 一种用于互联运行的光储独立微电网拓扑
RU2696592C1 (ru) Модульный многоступенчатый преобразователь
US20230095300A1 (en) Communication in a converter device
CN103094885A (zh) 转换器系统以及具有这种转换器系统的功率电子系统
CN111146932A (zh) 一种dc-dc电能传输系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20180508

Address after: Baden, Switzerland

Patentee after: ABB Switzerland Co.,Ltd.

Address before: Zurich

Patentee before: ABB TECHNOLOGY Ltd.

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210622

Address after: Baden, Switzerland

Patentee after: ABB grid Switzerland AG

Address before: Baden, Switzerland

Patentee before: ABB Switzerland Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Swiss Baden

Patentee after: Hitachi energy Switzerland AG

Address before: Swiss Baden

Patentee before: ABB grid Switzerland AG

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240105

Address after: Zurich, SUI

Patentee after: Hitachi Energy Co.,Ltd.

Address before: Swiss Baden

Patentee before: Hitachi energy Switzerland AG