CN104904109B - 基于晶闸管的电压源转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包括多个阀(V1，V2，V3，V4，V5，V6)的电压源转换器(10)，阀包括开关元件，开关元件反并联二极管并且被提供在桥中用于在两个状态之间开关，其中所述桥被提供在至少一个相臂中并且具有至少一个中点，至少一个相臂在两个直流极(P1，P2)之间伸展，至少一个中点连接到交流端子(TA，TB，TC)，其中至少一个阀的开关元件是晶闸管，并且转换器还包括与阀关联的换向单元(CCA，CCB，CCC)，其中换向单元可控制以在阀要停止导通电流的情况下反向偏置所述阀。
Description
技术领域
本发明大体涉及电压源转换器。更具体地，本发明涉及一种电压源转换器和控制该电压源转换器的方法。
背景技术
高电压直流(HVDC)转换器主要地分类为电流源转换器(CSC)和电压源转换器(VSC)。CSC转换器基于包含晶闸管的线路换向转换器(LCC)。晶闸管具有一些固有优点、比如坚固、具有低接通状态损耗、易于相互串联连接、具有短时间过额定值能力以及具有高功率额定值和低成本。另外，晶闸管是发展良好和普遍地使用的部件。然而，LCC转换器具有多个缺点：它们可能经历换向故障，它们需要强交流(AC)电网，它们不支持无功功率、具有高谐波、要求用于功率反向的极性反向、留下大覆盖区、控制缓慢和不能提高AC电网稳定性。
VSC转换器基于自换向器件、比如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、集成栅换向晶闸管(IGCT)等。这一类型的转换器克服LCC的许多缺点。
它具有以下特征：无换向故障，它可以连接到弱AC电网(也是无源负载)、可以支持无功功率、具有低谐波、无需用于功率反向的极性反向、控制快速和能够提高AC电网稳定性。
然而，VSC转换器具有以下缺点：更高接通状态损耗、更高开关损耗、增加的额定值(由于故障电流)、频繁故障和更高成本。
近来，已经使用采用多个单元的VSC，其中每个单元提供电压贡献以便形成用来获得AC信号的波形。
这些转换器、也称为模块多电平转换器(M2LC)、即多单元VSC转换器具有一些更多优点。它们可以没有滤波器。也可以避免di/dt和dv/dt问题。然而，它们也提供更大覆盖区(单元电容器)。
为了减少单元数目，已经提出各种类型的导向器开关解决方案，其中在WO 2011/098117和WO 2010/088969中描述一些解决方案。
关于这一点，将感兴趣的是提供一种改进的电压源转换器，其中获得CSC的优点。
发明内容
本发明涉及获得一种改进的电压源转换器，其中这样的转换器的优点与晶闸管的优点组合。
这一目的根据本发明的第一方面通过一种包括多个阀的电压源转换器来实现，阀包括开关元件，开关元件有反并联二极管并且被提供在桥中用于在两个状态之间开关，桥被提供在至少一个相臂中并且具有至少一个中点，至少一个相臂在两个直流极之间伸展，至少一个中点连接到交流端子，其中：
至少一个阀的开关元件是晶闸管，以及
转换器还包括与阀关联的换向单元，其中所述换向单元可控制以在阀将停止导通电流的情况下反向偏置该阀。
这一目的根据本发明的第二方面通过一种控制包括多个阀的电压源转换器的方法来实现，阀包括开关元件，开关元件有反并联二极管并且被提供在桥中用于在两个状态之间开关，桥被提供在至少一个相臂中并且具有至少一个中点，至少一个相臂在两个直流极之间伸展，至少一个中点连接到交流端子，其中阀包括作为开关元件的晶闸管，该方法包括：
控制与阀关联的换向单元以在阀将停止导通电流的情况下反向偏置该阀。
本发明具有多个优点。由于转换器是电压源转换器，所以有可能相互独立地控制有功和无功功率二者。另外无需用于功率反向的任何极性反向，由此转换器可以与挤压式DC线缆的使用组合。也显著地减少阀成本。本发明也允许获得大量损耗减少。
附图说明
将在下文中参照附图描述本发明，在附图中：
图1示意地示出根据本发明的第一实施例的电压源转换器，
图2示意地示出根据本发明的第二实施例的电压源转换器，
图3示意地示出第一实施例的电压源转换器生成的AC电压，
图4示意地示出根据本发明的第三实施例的电压源转换器，
图5示意地示出根据本发明的第四实施例的电压源转换器，以及
图6示意地示出根据本发明的第五实施例的电压源转换器。
具体实施方式
在下文中，将给出本发明的优选实施例的具体描述。
图1示出根据本发明的第一实施例的转换器10。它包括由多个相臂组成的三相桥。在该情况中存在三个相臂。存在第一相臂、第二相臂和第三相臂。相臂更具体地被连接在第一与第二直流(DC)极P1与P2之间，其中第一极P1提供第一电压+VDC而第二极P2提供第二电压-VDC。相臂的中点各自连接到对应交流端子TA、TB、TC。这里中点经由对应电抗器Xr连接到交流(AC)端子TA、TB和TC，并且AC端子又连接到变压器TR的绕组，这些绕组在这一情况下作为示例为三角形连接。
相臂在这一第一实施例中由具有在转换器桥中提供的反并联二极管的开关元件组成。在桥路中，存在在第一相臂的第一半中的第一阀V1和在第一相臂的第二半中的第四阀V4，其中第一相臂的中点连接到第一AC端子TA从而形成第一AC相。第二相臂包括在第一半中的第三阀V3和在第二半中的第六阀V6，其中第二相臂的中点连接到第二AC端子TB从而形成第二AC相。在桥路中，最后有在第三相臂的第一半中的第五阀V5和在第三相臂的第二半中的第二阀V2，其中第三相臂的中点连接到第三AC端子TC从而形成第三AC相。因此在两个直流极P1、P2之间伸展并且具有连接到交流端子的至少一个中点的至少一个相臂中提供桥路。
通过使用有反并联二极管的开关元件来形成可以各自称为导向器阀的阀。成对提供这些。因此与对应反并联二极管一起提供每个开关元件。作为示例，每个阀包括具有反并联二极管的一个开关元件。相臂的第一阀还经由可选第一滤波器F1连接到第一极P1，而相臂的第二阀经由可选第二滤波器F2连接到第二DC级P2。相臂以这一方式被并联连接在极P1与极P2之间，其中与第一极P1的连接是标记为X的第一DC点，而与第二极P2的连接是标记为Z的第二DC点。相臂的第一半都连接到第一滤波器F1而相臂的第二半都连接到第二滤波器F2。在这一第一实施例中，还有转换器单元的串联，这些转换器单元是多电平单元MLC。这些单元一起提供多个电压电平。在这一第一实施例中，多电平单元是半桥单元，这意味着它们提供与跨单元的能量存储元件的电压或者零电压对应的电压贡献，该能量存储元件可以是电容器。这些单元因此在这一第一实施例中是级联的两电平单元(CTL)。然而应当认识单元也可以是全桥单元作为替换。
多电平就这一点而言意味着单元一起提供用于形成AC电压的多个电平。
在这一第一实施例中，有在两个极P1与P2之间连接的多电平单元MLC1、MLC2、MLC3、MLC4、MLC5、MLC6的串。串的中点经由对应中间分支连接到桥路的相臂中的每个相臂的中点。中点还用形成第三DC点的Y来标记。因此这里有互连第一相臂的中点与单元串的中点的第一中间分支、互连第二相臂的中点与单元串的中点的第二中间分支以及互连第三相臂的中点与单元串的中点的第三中间分支。每个中间分支包括双向开关和换向单元。第一中间分支因此包括第一双向开关SWA和第一换向单元CCA，第二中间分支因此包括第二双向开关SWB和第二换向单元CCB，而第三中间分支因此包括第三双向开关SWC和第三换向单元CCC。
还有控制转换器10的操作的控制单元12。在这一幅图中，仅示出控制单元12为控制第一和第三换向单元CCA和CCC。应当认识控制单元12也控制第二换向单元CCB以及事实上也控制所有开关元件、双向开关和多电平单元。然而，这里已经省略这一控制以便聚焦于本发明的一个控制方面，该控制方面是换向单元的控制。
在这一示例中以可以被提供用于过滤比如谐波之类的全桥路单元的形式提供滤波器。
然而最明显的是提供相臂的开关元件为晶闸管。每个阀因此由有反并联二极管的多对晶闸管组成。在相臂的第一半中的晶闸管的导通方向还是远离第一极P1，而在相臂的第二半中的晶闸管的导通方向是朝着第二极P2。这一第一实施例的另一特点是也提供双向开关为晶闸管并且这里为反并联晶闸管。更具体地提供双向开关为成对反并联晶闸管，其中作为示例通过两个这样的对提供每个双向开关。也可以通过使用例如IGBT提供这些双向开关作为备选。
转换器的主要操作还可以参照示出转换器10的三个相端子提供的三个AC电压的一个周期的图3来进一步举例说明。将对于相中的一个描述主要操作，例如第一相和这一相的电压具有多个分段，在0与30度之间的第一分段14、在30与150度之间的第二分段16、在150与210度之间的第三分段18、在210与330度之间的第四分段20和在330与360度之间的第五分段22。第五分段22将实质上与后继周期的第一分段形成一个分段。
从第二分段16开始，第一阀V1将导通，这将把第一AC端子置于高电压电平。通过多电平单元的操作，该主要为高的电压将变化。多电平单元更具体地由控制单元12控制，从而电压从正最大电压的一半+VDC/2逐步变化成最大正电压+VDC而在30与150度之间回到最大电压的一半+VDC/2。随后，第一阀V1停止导通、继而第一中间分支在150与210度之间导通用于形成第三分段，其中第一中间分支的双向开关将实质上提供通过使用多电平单元从正最大电压的一半+VDC/2变化成最大负电压的一半-VDC/2的零电压。随后，第四阀V4将开始导通，这将把第一AC端子TA置于低电压电平。通过多电平单元的操作，该主要为低的电压将变化。多电平单元更具体地被控制，从而电压从最大负电压的一半-VDC/2逐步变化成最大负电压-VDC而在210与330度之间回到最大负电压的一半-VDC/2。随后，第四阀V4被关断、继而又是第一中间分支开始导通，这是在第一周期的330度到后继周期的30度之间完成用于提供第五分段22和后继周期的第一分段。双向开关然后实质上提供零电压，该零电压使用多电平单元从负最大电压的一半-VDC/2经由零电压变化成最大正电压的一半+VDC/2用于提供第五分段22的电压。如可以从以上已经描述的内容而理解的那样，这一操作也对于第一周期的第一分段14有效。还可见阀的桥路对于每个相在两个不同状态之间开关并且中间支路提供中间状态，而单元串提供与每个状态有关的电压变化用于形成AC波形。
为其它相提供相同类型的操作以便获得图3中所示三相电压。这意味着在第一阀V1在150度停止导通时，然后第二分支的第三阀V3在150与270度之间导通，继而第五阀V5在270度与后继周期的三十度之间导通。以相同方式，在第四阀V4导通之前是第二阀V2在90与210度之间导通而在第四阀V4导通之后是第六阀在330度与后继周期的90度之间导通。
因此可见，每个相(ABC)如以上所示在每个DC点(XYZ)被连接120°的持续时间。在任何时刻，三相连接到三个DC点(XYZ)之一，并且操作三相桥为120操作模式。在两个相电压相等时，在DC点之间交换相点。按照每个相的正弦波形操作多电平单元。互补地操作相臂的上和下一半，由此有可能用有限数目的开关获得三相电压。
以上描述图1中所示类型的转换器的主要操作。然而阀和双向开关包括晶闸管。众所周知，晶闸管容易接通。
然而除非它接收负电压就不能关断它。出于这一目的而提供换向单元、即在晶闸管两端提供负电压并且由此关断它们。以这一方式，然后有可能让晶闸管作为普通开关元件、比如绝缘栅双极晶体管(IGBT)操作并且由此操作转换器为电压源转换器。
如从以上进行的描述可见，第一实施例的基于晶闸管的VSC基本上是包括CTL单元和晶闸管的混合多单元转换器。它包括基于晶闸管的三相桥、串联连接的CTL的串、以及将三相桥路的中点与级联CTL单元串的中点进行连接的双向晶闸管的中间分支。换向单元在这一实施例中被添加用于在中间支路中的每个相以使晶闸管换向。全桥单元可以用作换向单元，因为它提供三电平电压。在相交叉期间，换向单元在晶闸管两端赋予负电压，并且提供用于晶闸管换向的小负电流。
阀和双向开关在基频操作。使用晶闸管作为用于阀和双向开关的开关器件以便从这一类型的部件的优点中受益。为了使晶闸管换向，使用换向单元。为了使包括晶闸管的阀换向，换向单元反向偏置阀。换向单元由此与至少一个阀关联并且可控，用以如果这一个阀要停止导通电流则通过跨该阀提供负电压来反向偏置该阀的晶闸管。负电压这里是提供电流的电压，该电流具有与晶闸管的电流导通方向相反的方向。
在以下将描述的一些情况下，换向单元也可以如果反并联二极管停止导通电流则通过在这一二极管两端施加负电压来反向偏置阀的二极管。负电压以类似方式是提供电流的电压，该电流具有与二极管的电流导通方向相反的方向。晶闸管的负电压还通常与对应反并联二极管的负电压相反。
现在将更具体描述如何操作换向单元。
如从以上关于图3进行的描述而理解的那样，双向开关在AC电压的相交叉、即在30°、90°、150°等处开关。
在相之间交换时，校验在流入与流出相之间的零电压(相交叉)。这意味着控制单元执行导通阀和将开始导通的后继实体共享的串的电压是零的校验。这意味着在例如将在150度进行从第一阀V1导通开关成第一中间分支的双向开关导通时，应当继而是以下过程：
首先，接通流入晶闸管以产生用于AC电流的路径，该晶闸管在以上示例中是双向开关SWA的晶闸管，这些晶闸管相对于第一AC端子TA具有与第一阀V1相同的导通方向。
然后使用换向单元，在流出晶闸管两端施加小反向电压，这在以上示例中意味着第一换向单元CCA在第一阀V1的晶闸管两端提供这一反向电压。这一换向单元CCA将由此供应小反向电流以使第一阀V1的晶闸管换向。
在已经提供反向电流之后，在第一阀V1的晶闸管两端形成反向电压，并且这一个阀的反向并联二极管变成正向偏置。然后，换向单元通过被控制以提供零电压贡献来旁路。
也可以用以下方式描述关于相的操作。应当连接换向单元用于使晶闸管换向。
为了提供用于获得第一阀V1的晶闸管停止导通变成双向开关SWA的晶闸管具有朝着相端子开始导通的导通方向的电流换向，第一换向单元CCA应当提供负单元电压贡献。为了从双向开关SWA的相同晶闸管停止导通变成使第一阀的晶闸管开始导通，第一换向单元应当提供正单元电压贡献。为了从第一阀V1的反并联二极管导通变成双向开关SWA的晶闸管有离开相端子开始导通的导通方向，第一换向单元CCA应当提供正单元电压贡献。为了从双向开关SWA的相同晶闸管导通变成第一阀V1的反并联二极管开始导通，第一换向单元CCA应当提供负单元电压贡献。这意味着在例如从第一阀V1的晶闸管停止导通变成双向开关SWA的晶闸管有朝着相端子开始导通的导通方向，应当经过以下步骤：
1.校验在多电平单元的串的上一半两端有零电压、即流入和流出相在第一相电压的30°、90°、150°等时刻的相同电势。
2.将换向单元CCA与在跨第一阀V1的流出晶闸管的负电压贡献连接。
3.向双向开关SWA的具有朝着相端子的导通方向的晶闸管触发脉冲。
4.通过使用具有相反电压贡献的第一换向单元CCA供应换向电流来使第一阀V1的晶闸管换向。
5.从第一阀的反并联二极管向第一阀V1的晶闸管的换向以及相反的换向将通过线路电流来完成。
关于第四阀V4和第一互连分支执行相似操作。
在图3中给定输出的线路到线路电压。尽管有双向开关，但是Ldi/dt问题可以由于用桥开关软交换定位而未出现、即在任何两个相之间，在相同电势处交换中点(Y)与顶部(X)或者底部(Z)。
本发明因此提供一种包括晶闸管作为开关元件的VSC。由此它组合VSC的优点与晶闸管的优点。
由于它是VSC，所以有可能相互独立地控制有功和无功功率二者。VSC具有的又一优点是无需用于功率反向的任何极性反向，由此它可以与挤压式DC线缆的使用组合。也如多电平单元的成本可以的那样显著地减少阀成本，因为。本发明也允许获得明显损耗减少。另一优点是更小覆盖区而单元电容器的数量与M2LC比较为1/3。转换器也具有短持续时间的故障电流输送能力以及超负荷能力。转换器还可缩放为成超高电压和功率额定值。转换器还运用软开关，其中没有或者仅有有限di/dt和dv/dt影响。
图2示出根据本发明的第二实施例的具有与在第一实施例中相同类型的转换器结构的电压源转换器10。这里不同在于仅有两个换向单元CCA和CCB。另外未在中间分支中、但是在中点Y的相反侧上的多电平单元MLC1、MLC2、MLC3和MLC4的串中提供这些。然而操作它们用于执行相同活动。
这具有减少换向单元数目的又一优点。
这一实施例还可以通过移动滤波器F1和F2来变化。这些可以被放置于单元串的DC侧上。由于滤波器是可选的，所以也可以完全地去除它们。无需滤波器。
也有可能在相臂中提供换向单元，其中可以在每个相臂一半中有至少一个换向单元。每个相臂因此可以包括两个换向单元、在AC端子的每侧上有一个。
另一可能变化是控制单元使用三次谐波以增加AC电压。它可以因此向基本AC频率添加三次谐波以便提升转换的效率。
有可能也在其中未使用双向开关的其它单元结构中使用换向单元和导向器阀的原理。
图4示出一个这样的结构。这里无中间分支或者多级单元的分离串。取而代之，一对电容器C1和C2被连接在极P1与P2之间而中点接地。每个相臂还包括多电平单元MLCA1、MLCA2、MLCA3、MLCA4、MLCB1、MLCB2、MLCB3、MLCB4、MLCC1、MLCC2、MLCC3和MLCC4的串，而单元的一半在相臂的第一上一半中和单元的另一半在相臂的第二下一半中。这些单元还是全桥类型，其中在每一半中的一个充当换向单元。在第一相臂的第一半中的第一阀这里也称为高阀HVA，而第一相臂的下一半的第二阀是低阀LVA。
这里也可见阀的桥对于每个相在两个不同状态之间开关，而单元串提供与每个状态有关的电压变化。然而，由于无中间支路，所以无中间状态。
现在将关于第一相描述转换器的与控制阀有关的操作。第二和第三相的操作是相似的。
用于这一类型的转换器的换向序列如下：如果在有正电流的第一相有正电压，则高阀HVA是接通。在阀之间交换时，保证在两个导向器阀两端的零电压。
通过在第一和第二相臂一半中使用额外单元(换向单元)，该额外单元在第一阀两端施加负电压以使高阀的晶闸管换向并且使低阀LVA的二极管正向偏置。通过在第一和第二相臂一半中正向连接换向单元来获得在高阀HVA两端的负电压。然后将关断高阀HVA的开关元件，然后换向单元被旁路。
如果在有负电流的第一相有正电压，则高阀HLA的二极管导通、即接通。在阀之间交换时，保证跨两个阀的零电压。
在对低阀LVA的晶闸管发布触发脉冲时，向高阀HVA的二极管施加反向电压，并且由此关断这些。通过负连接换向单元、即用上和下相臂中的的负电压贡献来获得在二极管两端的负电压。
为了从高阀HVA的晶闸管导通换向成低阀LVA的二极管导通，控制相臂的上和下一半二者中的换向单元以提供正电压贡献。
为了从低阀LVA的二极管导通换向成高阀HVA的晶闸管导通，控制相臂的上和下一半二者中的换向单元以提供负电压贡献。
为了从高阀HVA的二极管导通换向成低阀LVA的晶闸管导通，控制相臂的上和下一半二者中的换向单元以提供负电压贡献。
为了从低阀LVA的晶闸管导通换向成高阀HVA的二极管导通，控制相臂的上和下一半二者中的换向单元以提供正电压贡献。
在图5中示出其中可以运用晶闸管的另一类型的转换器。在这一实施例中，有用于每个相的与多电平单元的串并联的桥。然而，在这一情况下，相被串联连接。因此有在两个极P1与P2之间串联连接的多个全桥。
对于第一相，因此有第一桥，该第一桥路有串联连接的第一和第二阀VA1和VA2，每个包括有反并联二极管的开关元件的串，其中在第一与第二阀VA1与VA2之间的中点提供第一AC相的第一AC端子A1。与第一和第二阀VA1和VA2并联，存在第三和第四阀VA3和VA4的串联连接，每个包括有反并联二极管的开关元件的串。在第三与第四阀VA3与VA4之间的中点提供第一相的第二AC端子A2。第一和第三阀VA1和VA3连接到第一极P1，而第二和第四阀VA2和VA4在第一结J1相互连接。
对于第二相，存在第二桥，该第二桥有相互串联连接的第一和第二阀VB1和VB2，其中在第一与第二阀VB1与VB2之间的中点提供第二AC相的第一AC端子B1。与第一和第二阀VB1和VB2并联，存在第三和第四阀VB3和VB4的串联连接，其中在第三与第四阀VB3与VB4之间的中点提供第二相的第二AC端子B2。第一和第三阀VB1和VB3连接到第一结J1，而第二和第四阀VB2和VB4在第二结J2相互连接。
对于第三相，还有第一桥，该第一桥有相互串联连接的第一和第二阀VC1和VC2，其中在第一与第二阀VC1与VC2之间的中点提供第三AC相的第一AC端子C1。与第一和第二阀VC1和VC2并联，有第三和第四阀VC3和VC4的串联连接，其中在第三与第四阀VC3与VC4之间的中点提供第三相的第二AC端子C2。第一和第三阀VC1和VC3还连接到第二结J2，而第二和第四阀VC2和VC4均连接到第二极P2。
与这些桥并联，还有多电平单元的串，其中在这一串中的第一组与第一相的桥路并联放置，第二组与第二相的桥并联连接，而第三组与第三相的桥并联连接。第一组还被连接在第一极P1与第一结J1之间，第二组被连接在第一与第二结J1与J2之间，而第三组被连接在第二结J2与第二极P2之间。
在每组多电平单元(这些多电平单元是CTL单元)中，提供换向单元、即全桥单元。因此有在第一组中的第一换向单元CCA、在第二组中的第二换向单元CCB和在第三组中的第三换向单元CCC。
这里的桥提供在两电平之间的开关，而一组单元提供半个周期的AC形状。
这里也可见阀的桥对于每个相在两个不同状态之间开关，而单元串提供与每个状态有关的电压变化。
用于这一类型的转换器中的相的换向序列如下。
如果在有正电流的第一相两端有正电压，则第一和第四阀VA1和VA4接通。在阀之间交换时，例如在从VA1和VA4接通交换至VA2和VA3接通时，保证在第一组多电平单元两端的零电压。
使用换向单元CCA，然后施加负电压以使第一和第四阀VA1和VA4的晶闸管换向以及第二和第三阀VA2和VA3的二极管变成正向偏置。然后将关断第一和第四阀VA1和VA4的开关元件。随后换向单元被旁路、即它提供零电压贡献。
如果在有负电流的第一相两端有正电压，则第一和第四阀V1和V4的二极管接通。在阀之间交换时，保证在第一组多电平单元两端的零电压。
随后向第二和第三阀VA2和VA3的晶闸管发布触发脉冲。也向第一和第四阀VA1和VA4的二极管施加反向电压，并且关断这些二极管。
对于从第一和第四阀VA1和VA4的晶闸管向第二和第三阀VA2和VA3的二极管的电流换向，控制换向单元CCA以提供负电压贡献。
对于从第二和第三阀VA2和VA3的二极管向第一和第四阀VA1和VA4的晶闸管的电流换向，控制换向单元CCA以提供正电压贡献。
对于从第一和第四阀VA1和VA4的二极管向第二和第三阀VA2和VA3的晶闸管的电流换向，控制换向单元CCA以提供正电压贡献。
对于从第二和第三阀VA2和VA3的晶闸管向第一和第四阀VA1和VA4的二极管的电流换向，控制换向单元CCA以提供负电压贡献。
在图6中示出转换器的第五实施例，该实施例是第四实施例的变化。这里，桥路是半桥，因此在相中的任何相中无第三或者第四阀。为了提供第二AC端子，一组单元的中点提供相的这样的第二AC端子。另外，每组包括两个换向单元CCAH、CCAL、CCBH、CCBL、CCCH和CCCL，在第二AC端子的每侧上存在一个。
将同样仅关于第一相描述用于这一类型的单元的换向序列。将从这一描述容易理解用于其它相的序列。序列如下：
如果在有正电流的第一相有正电压，则第一阀VA1的晶闸管接通。在阀之间交换时，保证在两个阀两端的零电压。
在第一组多电平单元中的第二AC端子的两侧上使用额外单元CCAH和CCAL(换向单元)，在第一阀VA1两端施加负电压以便使第一阀VA1的晶闸管换向并且正向偏置第二阀VA2的二极管。通过控制换向单元CCAH和CCAL以提供正电压贡献来获得跨第一阀VA1的负电压。然后将关断第一阀VA1，并且随后换向单元被旁路。
如果在有负电流的第一相存在正电压，则第一阀VA1的二极管接通。在阀之间交换时，保证在两个阀两端的零电压。
然后向第二阀VA2的晶闸管发布触发脉冲。向第一阀VA1的二极管施加反向电压，并且关断它。跨第一阀VA1的二极管的负电压通过负连接在第二AC端子的两侧上的换向单元CCAH和CCAL、即通过控制这些单元以提供负电压贡献来获得。
对于从第一阀VA1的晶闸管向第二阀VA2的二极管的电流换向，换向单元CCAH和CCAL均被控制以提供正电压贡献。
对于从第二阀VA2的二极管向第一阀VA1的晶闸管的电流换向，换向单元CCAH和CCAL均被控制以提供负电压贡献。
对于从第一阀VA1的二极管向第二阀VA2的晶闸管的电流换向，换向单元CCAH和CCAL均被控制以提供负电压贡献。
最后，对于从第二阀VA2的晶闸管向第一阀VA1的二极管的电流换向，换向单元CCAH和CCAL均被控制以提供正电压贡献。
本发明具有许多优点，由于它是VSC，所以有可能相互独立地控制有功和无功功率二者。VSC具有的又一优点是无需用于功率反向的任何极性反向，由此它可以与挤压式DC线缆的使用组合。也与常规转换器阀比较的显著地减少阀成本。本发明也允许获得明显损耗减少。转换器也具有短持续时间的故障电流输送能力以及超负荷能力。转换器还可缩放至超高电压和功率额定值。转换器还运用软开关，其中没有或者仅有有限di/dt和dv/dt影响。
可以用分离部件的形式实现控制单元。然而，也可以用处理器的形式实施它，该处理器有包括计算机程序代码的附带程序存储器，该计算机程序代码在处理器上被运行时执行期望的控制功能。可以提供携带这一代码的计算机程序产品作为数据载体、比如携带计算机程序代码的一个或者多个CD ROM盘或者一个或者多个记忆棒，该计算机程序代码在被加载到电压源转换器的控制单元中时执行以上描述的控制功能。
以上描述换向单元为全桥路单元。然而应当认识它可以在一些实例中是半桥单元。
从前文讨论清楚的是可以用多种方式变化本发明。因而应当认识本发明将仅受所附权利要求限制。
Claims (10)
1.一种电压源转换器(10)，包括多个阀(V1，V2，V3，V4，V5，V6；HVA，LVA，HVB，LVB，HVC，LVC；VA1，VA2，VA3，VA4，Vb1，VB2，VB3，VB4，VC1，VC2，VC3，VC4)，所述阀包括开关元件，所述开关元件有反并联二极管并且被提供在桥中用于在两个状态之间开关，所述桥被提供在至少一个相臂中并且具有至少一个中点，所述至少一个相臂在两个直流极(P1，P2)之间伸展，所述至少一个中点连接到交流端子(TA，TB，TC；A1，A2，B1，B2，C1，C2)，
其中至少一个阀的所述开关元件是晶闸管，以及
与所述阀关联的换向单元(CCA，CCB，CCC；CCAH，CCAL，CCBH，CCBL，CCCH，CCCL)，其中所述换向单元被控制以在所述阀将停止导通电流的情况下反向偏置所述阀，
其特征在于
所述转换器还包括多电平单元的至少一个串(MLC1，MLC2，MLC3，MLC4，MLC5，MLC6；MLCA1，MLCA2，MLCA3，MLCA4，MLCB1，MLCB2，MLCB3，MLCB4，MLCC1，MLCC2，MLCC3，MLCC4)，所述多电平单元被配置为向所述桥的状态提供电压贡献以用于辅助AC波形的形成，
其中所述换向单元包括在多电平单元串中、在相臂中或在所述相臂的中点与所述多电平单元串的中点之间的中间支路中。
2.根据权利要求1所述的电压源转换器，还包括控制单元(12)，所述控制单元(12)被配置为控制所述换向单元的开关以用于停止所述阀导通电流。
3.根据权利要求1所述的电压源转换器，其中在所述相臂中包括所述多电平单元串(MLCA1，MLCA2，MLCA3，MLCA4，MLCB1，MLCB2，MLCB3，MLCB4，MLCC1，MLCC2，MLCC3，MLCC4)。
4.根据权利要求1所述的电压源转换器，其中所述多电平单元串(MLC1，MLC2，MLC3，MLC4，MLC5，MLC6)被连接在所述两个直流极之间。
5.根据权利要求4所述的电压源转换器，还包括所述中间支路，所述中间支路包括双向开关(SWA，SWB，SWC)。
6.根据权利要求5所述的电压源转换器，其中所述换向单元被控制以在所述阀的所述晶闸管将停止导通电流的情况下反向偏置所述阀的所述晶闸管，并且所述双向开关包括至少一对反并联晶闸管，其中所述双向开关的相对于所述AC端子具有与所述阀的所述晶闸管相同的导通方向的晶闸管在所述阀的所述晶闸管停止导通时被激发。
7.根据权利要求5所述的电压源转换器，其中所述换向单元被控制以在所述阀的所述反并联二极管将停止导通电流的情况下反向偏置所述阀的所述反并联二极管，并且所述双向开关包括至少一对反并联晶闸管，其中所述双向开关的相对于所述AC端子具有与所述阀的所述二极管相同的导通方向的晶闸管在所述反并联二极管停止导通时被激发。
8.根据权利要求2所述的电压源转换器，其中所述控制单元还被配置为校验所述阀和将开始导通的后继实体共享的所述串的所述电压是零。
9.根据任一前述权利要求所述的电压源转换器，其中所述换向单元是全桥单元。
10.根据权利要求1-8中的任一权利要求所述的电压源转换器，其中所述换向单元是半桥单元。
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