CN105474528B - 变桥臂转换器 - Google Patents

变桥臂转换器 Download PDF

Info

Publication number
CN105474528B
CN105474528B CN201480045385.1A CN201480045385A CN105474528B CN 105474528 B CN105474528 B CN 105474528B CN 201480045385 A CN201480045385 A CN 201480045385A CN 105474528 B CN105474528 B CN 105474528B
Authority
CN
China
Prior art keywords
component
converter
chain
bridge arm
terminal
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201480045385.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105474528A (zh
Inventor
C·D·M·奥兹
D·R·特莱尼尔
R·费尔德曼
M·M·C·梅兰
T·C·格林
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.)
General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom 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 Alstom Technology AG filed Critical Alstom Technology AG
Publication of CN105474528A publication Critical patent/CN105474528A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105474528B publication Critical patent/CN105474528B/zh
Expired - Fee Related 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • 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
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • 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
    • H02M1/0095—Hybrid converter topologies, e.g. NPC mixed with flying capacitor, thyristor converter mixed with MMC or charge pump mixed with buck
    • 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

Landscapes

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

Abstract

本发明提供一种变桥臂转换器包括：至少一个转换器分支，包括用于在使用中连接到DC网络的第一和第二DC端子以及用于在使用中连接到AC网络的AC端子。转换器分支或每个转换器分支限定第一和第二分支部分。每个分支部分包括在各个第一和第二DC端子中的一个与AC端子之间与链式转换器串联连接的至少一个导向开关。链式转换器是可操作的，以在AC端子处产生电压波形，并且第一和第二分支部分的导向开关是可操作的，以将各个链式转换器接入在各个DC端子与AC端子之间的电路以及将各个链式转换器从在各个DC端子与AC端子之间的电路断开。

Description

变桥臂转换器
技术领域
本发明涉及一种用于用在高压直流(DC)电力传输和无功补偿的变桥臂转换器(alternate arm converter)，以及控制这样的变桥臂转换器的方法。
背景技术
已知类型的电压源转换器10，即所谓的“变桥臂转换器”(AAC)12，在图1中示意性示出。
这样的AAC 12通常包括第一转换器分支14a、第二转换器分支14b和第三转换器分支14c，其每一个实质上相同。为了这个目的，每个转换器分支14a、14b、14c包括第一DC端子16a、16b、16c和第二DC端子18a、18b、18c，其每一个在使用中连接到直流(DC)网络20。每个转换器分支14a、14b、14c还包括各个AC端子22a、22b、22c，其在使用中连接到对应的交流(AC)网络26的第一相24a、第二相24b或第三相24c。
此外，每个转换器分支14a、14b、14c限定第一分支部分28a、28b、28c和第二分支部分30a、30b、30c，其每一个在各个第一DC端子16a、16b、16c中的一个与对应的AC端子22a、22b、22c之间，或者在各个第二DC端子18a、18b、18c中的一个与对应的AC端子22a、22b、22c之间延伸。
每个分支部分28a、28b、28c、30a、30b、30c，或“臂”包括单导向开关32，其与链式转换器34串联连接。在其他布置(未示出)中，每个分支部分可包括多个串联连接的导向开关。
每个链式转换器34包括串联连接的模块36的链，其中每个模块36通常包括：
(i)一对开关元件38，以半桥布置42与储能装置(例如电容器40)并联连接以形成2象限单极模块，其可以提供零或正电压，并且可以在两个方向上传导电流；或者
(ii)两对开关元件，以全桥布置44与储能装置(例如电容器40)并联连接以形成4象限双极模块，其可以提供零、正或负电压，并且可以在两个方向上传导电流。
在每个实例中，开关元件38是可操作的，使得对应的模块36的链能够提供阶梯式可变电压源，因此在对应的AC端子22a、22b、22c处产生电压波形。
此外，每个分支部分28a、28b、28c、30a、30b、30c的导向开关32是可操作的，以将对应的链式转换器34接入(switch in)在各个第一DC端子16a、16b、16c或第二DC端子18a、18b、18c与对应的AC端子22a、22b、22c之间的电路以及将对应的链式转换器34从在各个第一DC端子16a、16b、16c或第二DC端子18a、18b、18c与对应的AC端子22a、22b、22c之间的电路断开(switch out)。
例如，在第一操作模式期间，如图2(a)示意性所示，对于第一转换器分支14a，第一分支部分28a的导向开关32是闭合的(以将与其串联连接的链式转换器34接入在第一DC端子16a与对应的AC端子22a之间的电路)，而第二分支部分30a的导向开关是打开的(以将与其串联连接的链式转换器34从在第二DC端子18a与对应的AC端子22a之间的电路断开)。
同时，在第二操作模式期间，如图2(b)示意性所示，第二分支部分30a的导向开关32是闭合的(以将与其串联连接的链式转换器34接入在第二DC端子18a与对应的AC端子22a之间的电路)，而第一分支部分28a的导向开关是打开的(以将与其串联连接的链式转换器34从在第一DC端子16a与对应的AC端子22a之间的电路断开)。
这样的在每种上述的模式期间将链式转换器34接入电路以及将链式转换器34从电路断开降低了每个链式转换器34需要产生的电压范围，因此降低了在每个链式转换器34中所需的模块36的数量(并因此降低了每个链式转换器34的尺寸和成本)。
当使用这样的变桥臂转换器12以将AC电力转换为DC电力时，能量E+、E-在AC网络26与DC网络20之间被转移。在上述的每种第一和第二操作模式期间，经由每个链式转换器34的模块36中的各个储能装置(即电容器40)发生这样的能量转移。
在变桥臂转换器12的正常操作期间，最佳DC电压VDC-opt在DC网络20中产生，以有助于确保从AC网络26转移的能量E+、E-的量等于转移到DC网络20的能量E+、E-的量。
这样的最佳DC电压VDC-opt的值可以被确定的一种方式是作为在对应的AC端子22a处产生的AC电压的大小的函数，例如(对于三相AC网络)：
在AC网络26与DC网络20之间转移等量的能量有助于确保存储在给定的转换器分支14a、14b、14c的第一分支部分28a、28b、28c的链式转换器34中的能量基本上等于存储在对应的第二分支部分30a、30b、30c的链式转换器34中的能量，例如如图3(a)示意性所示。
然而，在变桥臂转换器12的异常操作期间，诸如在功率操作点与无功功率操作点之间产生动态变化过程中或者当响应AC和/或DC网络故障时，在AC网络26与DC网络20之间的能量转移是不平等的。在能量转移上的差异必须积累在链式转换器34内的各个模块36的电容器40中(或者从链式转换器34内的各个模块36的电容器40中损失)。因此，存储在给定的转换器分支14a、14b、14c的第一分支部分28a、28b、28c和第二分支部分30a、30b、30c的链式转换器34中的能量可以是不平衡的，例如如图3(b)示意性所示。
这样的不平衡是不期望的，因为如果太少能量被存储在给定的链式转换器34的电容器40内，则其能够产生的电压被降低；反之，如果太多能量被存储在给定的链式转换器34的电容器40中，则可能产生过电压问题而导致变桥臂转换器12跳闸。
因此，需要一种对存储在变桥臂转换器内的给定的转换器分支的各个第一分支部分和第二分支部分中的能量重建基本上相等的平衡的手段。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用于用在高压DC电力传输和无功补偿的变桥臂转换器，所述变桥臂转换器包括：
至少一个转换器分支，包括用于在使用中连接到DC网络的第一DC端子和第二DC端子以及用于在使用中连接到AC网络的AC端子，所述转换器分支或每个转换器分支限定第一分支部分和第二分支部分，每个分支部分包括在各个所述第一DC端子和所述第二DC端子中的一个与所述AC端子之间与链式转换器串联连接的至少一个导向开关，所述链式转换器是可操作的，以在所述AC端子处产生电压波形，并且所述第一分支部分和所述第二分支部分的所述导向开关是可操作的，以将所述各个链式转换器接入在所述各个DC端子与所述AC端子之间的电路以及将所述各个链式转换器从在所述各个DC端子与所述AC端子之间的电路断开；以及
控制器，配置为选择性地控制所述每个导向开关的切换，从而在所述变桥臂转换器的操作周期的重叠时段期间将两个分支部分同时接入电路，以形成包括每个分支部分和所述DC网络的电流循环路径，所述控制器在所述电流循环路径形成期间强制交流电流通过所述电流循环路径流动，以在一个分支部分的所述链式转换器与另一个分支部分的所述链式转换器之间转移能量，因此在所述重叠时段的结束处，一个分支部分的所述链式转换器具有损失的能量，而所述另一个分支部分的所述链式转换器具有获得的能量。
电流循环路径的形成使第一分支部分和第二分支部分彼此串联连接并与DC网络并联连接，因此允许能量从一个分支部分中的链式转换器转移到另一个分支部分中的链式转换器。以这样的方式转移能量的能力允许存储在给定的转换器分支的所述分支部分中的每一个内的能量重新平衡，因此，避免了与这样的不平衡相关的问题。
优选地，强制通过所述电流循环路径流动的所述交流电流具有零平均波形形状。
提供以这样的波形形状通过电流循环路径流动的交流电流有助于确保没有与DC网络交换的净能量。这是可取的，因为其确保了能量转移仅发生在给定的转换器分支的各个分支部分之间，因此，有助于确保以有效的方式实现存储在分支部分中的能量的重新平衡。
可选地，至少一个分支部分还包括电感构件，并且所述控制器通过控制所述链式转换器中的一个或两个来强制所述交流电流通过所述电流循环路径流动，以在所述电感构件或每个电感构件的两端产生差分电压。
为了提供交流电流的精确控制(即交流电流波形的精确塑形)，所述电感构件或每个电感构件能够起到电流控制元件的作用。
在本发明的优选实施例中，所述控制器被配置为在所述变桥臂转换器的操作周期内的预定激活点处将所述分支部分中的一个接入电路，所述控制器在所述操作周期的重叠时段期间将两个分支部分同时接入电路，且所述重叠时段在所述激活点的任一侧延伸。
具有在激活点的任一侧延伸的重叠时段是有益的，因为给定的分支部分在相对半周期期间必须导电的程度在第一分支部分与第二分支部分之间被共享，因此，没有分支部分背负必须支撑过大的最大电压的重担。
可选地，所述控制器被配置为在预定激活点处将所述一个分支部分接入电路，所述预定激活点在其中在所述AC端子处的所述电压波形过零的操作周期内的点处或者邻近其中在所述AC端子处的所述电压波形过零的操作周期内的点处。
具有在操作周期内的这样的点处或者邻近操作周期内的这样的点的预定激活点有助于相电流从一个转换器分支到另一个转换器分支的切换(例如在多相变桥臂转换器布置中)，以及允许某个第二控制实现。
优选地，所述重叠时段以所述激活点为中心。这样的布置有助于确保给定的分支部分在相对半周期期间必须导电的程度在第一分支部分与第二分支部分之间被等同地共享，因此，其各个配置和额定电压也可以是基本相同的。
在本发明的又一个优选实施例中，每个分支部分中的所述导向开关或每个导向开关为先合后断开关或者包括先合后断开关。
包含在每个分支部分中的一个或多个这样的导向开关容易地允许其中第一和第二分支部分彼此串联连接的电流循环路径形成，因此，容易地有利于在第一分支部分与第二分支部分之间的上述能量转移。
在所述电流循环路径形成期间，所述控制器还可以被配置为通过所述电流循环路径使直流电流循环，以在至少一个所述链式转换器与所述DC网络之间转移能量。
直流电流(除上述的交流电流之外)通过电流循环路径循环还允许控制器安排在给定的转换器分支的第一分支部分与第二分支部分两者之间与DC网络进行能量交换。提供这样的交换的能力是有益的，因为其允许控制器修正在给定的转换器分支中的两个链式转换器两端的总电压、叠加电压的相对于预定参考电压的偏移，即其有助于控制器确保在给定的转换器分支的链式转换器中的储能装置(例如电容器)中的每一个的两端的平均电压约等于参考值。
根据本发明的第二方面，提供一种控制变桥臂转换器的方法，所述变桥臂转换器包括至少一个转换器分支，具有用于在使用中连接到DC网络的第一DC端子和第二DC端子以及用于在使用中连接到AC网络的AC端子，所述转换器分支或每个转换器分支限定第一分支部分和第二分支部分，每个分支部分包括与在各个所述第一DC端子和所述第二DC端子中的一个与所述AC端子之间的链式转换器串联连接的至少一个导向开关，所述链式转换器是可操作的，以在所述AC端子处产生电压波形，并且所述第一分支部分和所述第二分支部分的所述导向开关是可操作的，以将所述各个链式转换器接入在所述各个DC端子与所述AC端子之间的电路以及将所述各个链式转换器从在所述各个DC端子与所述AC端子之间的电路断开，所述方法包括以下步骤：
(a)在所述变桥臂转换器的操作周期的重叠时段期间将两个分支部分同时接入电路，以形成包括每个分支部分和所述DC网络的电流循环路径；以及
(b)在所述电流循环路径形成期间强制交流电流通过所述电流循环路径流动，以在一个分支部分的所述链式转换器与另一个分支部分的所述链式转换器之间转移能量，因此在所述重叠时段的结束处，一个分支部分的所述链式转换器具有损失的能量，而所述另一个分支部分的所述链式转换器具有获得的能量。
本发明的方法也具有与对应的本发明的变桥臂转换器的特性相关的优点。
附图说明
现参照附图，通过非限制性示例的方式在下面对本发明的优选实施例做出简要说明，其中：
图1显示传统的变桥臂转换器的示意图；
图2(a)示出图1所示的变桥臂转换器内的单个转换器分支的第一操作模式；
图2(b)示出图2(a)所示的单个转换器分支的第二操作模式；
图3(a)显示在正常操作期间图1所示的变桥臂转换器的各个分支部分之间的能量平衡的示意图；
图3(b)显示经过一段时间的异常操作图1所示的变桥臂转换器的各个分支部分之间的能量不平衡的示意图；
图4显示根据本发明的第一实施例的变桥臂转换器的示意图；
图5示出在操作周期期间在图4所示的变桥臂转换器的每个分支部分中产生的电压；
图6显示在电流循环路径形成期间图4所示的变桥臂转换器的操作的第一方面的示意图；
图7(a)到图7(d)示出强制交流电流通过图6所示的电流循环路径流动对存储在图4所示的变桥臂转换器的每个分支部分中的能量的影响；
图8示出在图4所示的变桥臂转换器的操作周期期间电流循环路径形成发生的时间；
图9显示在电流循环路径形成期间图4所示的变桥臂转换器的操作的第二方面的示意图；以及
图10示出具有(i)强制交流电流通过电流循环路径流动以及(ii)还通过电流循环路径使直流电流循环的控制器的效果。
具体实施方式
根据本发明的第一实施例的变桥臂转换器总体用附图标记50标识。
变桥臂转换器50包括转换器分支52，其具有在使用中连接到DC网络58的第一DC端子54和第二DC端子56，以及在使用中连接到AC网络62的AC端子60。在本发明的其他实施例(未示出)中，变桥臂转换器50可包括不止一个转换器分支，并且具体地可包括三个转换器分支，其每一个与给定的对应的AC网络的相相关联。
转换器分支52限定第一分支部分64和第二分支部分66。第一分支部分64包括第一导向开关68，其在第一DC端子54与AC端子60之间与第一链式转换器70串联连接；而第二分支部分66包括第二导向开关72，其与第二链式转换器74串联连接。
第一链式转换器70和第二链式转换器74中的每一个由多个模块(未示出)组成，其每一个包括与储能装置并联设置的各个开关元件，以提供可切换的电压源。因此，每个链式转换器70、74能够在AC端子60处产生电压波形。
第一导向开关68和第二导向开关72中的每一个包括先合后断开关，其是可操作的，以将对应的第一链式转换器70或第二链式转换器74接入在各个DC端子54、56与AC端子60之间的电路以及将对应的第一链式转换器70或第二链式转换器74从在各个DC端子54、56与AC端子60之间的电路断开。
变桥臂转换器50还包括控制器90，其被配置为在转换器50的操作周期76期间选择性地控制第一导向开关68和第二导向开关72的切换。
在使用中，控制器90切换导向开关68、72，以允许交流电流通过第一分支部分64和第二分支部分66中的一个或另一个流动。在这样的变桥臂转换器50的操作期间，给定的分支部分64、66中的链式转换器70、74(其中选择性地允许交流电流流动)产生电压V+、V-，其在AC端子60处产生转换器电压V’，即如图5所示。
控制器90被配置为在操作周期76的重叠时段78期间将两个分支部分64、66同时接入电路，以形成包括每个分支部分64、66和DC网络58的电流循环路径80，如图6示意性所示。
在电流循环路径80形成期间(即在重叠时段78期间)，控制器90强制交流电流Imod通过电流循环路径80流动。
更具体地，控制器90强制交流电流Imod以零平均波形形状(即关于零电流轴对称的波形形状)通过电流循环路径80流动。
优选的交流电流Imod波形形状为方波，如图7(b)所示。然而，在本发明的其他实施例中，零平均波形形状可以是正弦曲线、锯齿形或梯形。
控制器90通过控制第一链式转换器70和第二链式转换器74中的每一个来强制这样的交流电流Imod流动，以在对应的第一电感构件82或第二电感构件84(例如第一或第二电感器)两端产生差分电压Vs+、Vs-，链式转换器70、74还在对应的第一分支部分64或第二分支部分66内与对应的第一电感构件82或第二电感构件84串联连接，如图4示意性所示。
在本发明的其他实施例中，控制器90可以通过仅控制第一链式转换器70或第二链式转换器74中的一个来强制这样的电流流动，以仅在一个对应的电感构件两端产生差分电压。
方波交流电流Imod(如图7(b)所示)在重叠时段78期间与在每个分支部分64、66内产生的电压VOver+、VOver-(如图7(a)所示)结合，以修改在每个分支部分64、66中产生的电力POver+、POver-(如图7(c)所示)，并进而影响存储在每个分支部分64、66的链式转换器70、74中的能量E+、E-(如图7(d)所示)。
强制通过电流循环路径80流动的交流电流Imod对在每个分支部分64、66中产生的电力POver+、POver-具有相等但相反效果，如图7(c)所示。
此外，如图7(d)清晰所示，在重叠时段78的结束时存储在第一分支部分64中的能量E+少于在重叠时段78的开始时存储的能量E+，并且相应地，在重叠时段78的结束时存储在第二分支部分66中的能量E-多于在重叠时段78的开始时存储的能量E-。
在前述方式中，使控制器90在重叠时段78期间(即在第一分支部分64与第二分支部分66之间的电流循环路径80形成期间)强制交流电流Imod通过第一分支部分64和第二分支部分66中的每一个流动使得能量EMod在第一分支部分64的链式转换器70与第二分支部分66的链式转换器74之间转移，如图6示意性所示。
在所示的实施例中，控制器90被配置为将分支部分64、66中的一个(例如第二分支部分66)接入在变桥臂转换器50的操作周期76内的预定激活点Φ激活处的电路。
在所示的实施例中，激活点Φ激活(即在操作周期76内的角度)被选择为与在操作周期76中在AC端子60处的电压穿过零的点相一致，如图8所示。然而，在本发明的其他实施例中，激活点Φ激活可以邻近在操作周期76中在AC端子60处的电压穿过零的点。
激活点Φ激活的选择受到为了实现期望的转换器电压(即在AC端子60处的期望电压V')而需要每个分支部分64、66减去DC电压VDC的量的考虑的影响。进一步考虑可以是其需要对可以经由各个储能装置或者相关的开关元件流动的交流电流如何被存储在每个链式转换器70、74内的影响的程度。
如图8所示，重叠时段78在激活点Φ激活的任一侧延伸，并且更具体地，重叠时段78以激活点Φ激活为中心。
重叠时段78的持续时间(即两个分支部分64、66在电流循环路径80内彼此串联连接的时间长度)是根据为了使每个分支部分64、66自身接入电路所需要的进入操作循环76的相对半周期的长度来选择的，因此是根据对每个分支部分64、66在这样的单独操作期间必须支撑的最大电压来选择的。
建立重叠时段78的持续时间的又一个因素是为了实现在分支部分64、66之间的上述能量转移所需要在重叠时段期间产生的强制通过电流循环路径80流动的交流电流Imod的大小。
重叠时段78最高可以持续360电角度操作周期76中的60电角度，但通常小于15电角度。
可选地，控制器90可以在操作周期76内建立又一参数，即参考点ΦVconv，转换器电压(即在AC端子60处的电压V')在参考点ΦVconv处再次过零。这样的参考点ΦVconv在每个分支部分64、66内的各个组件的同步操作，以及分支部分64、66本身的操作中是有帮助的。
除上述之外，为了调整转换器分支52中的所有储能装置(即电容器)两端的总电压相对于预定参考电压的任何偏移，控制器90在电流循环路径80形成期间还被配置为通过电流循环路径使直流电流循环，以在链式转换器70、74中的一个或两个与DC网络之间转移能量EDCOver，即如图9示意性所示。
图10示出了使控制器90强制交流电流Imod通过电流循环路径80流动以将能量从一个分支部分转移到另一个分支部分的效果，因此实现了存储在第一分支部分64中的每个储能装置内的能量(即电压电平)与存储在第二分支部分66的每个储能装置内的能量基本上相等的能量平衡。
图10还示出使控制器90还通过电流循环路径80使直流电流循环以在分支部分64、66与DC网络58之间转移能量的效果，因此降低了在第一分支部分64和第二分支部分66中的每一个内的所有储能装置两端的总电压(如表示为穿过给定的分支部分64、66内的每个储能装置的平均电压)相对于期望的参考值(例如1500V)偏移或偏离的程度。

Claims (9)

1.一种变桥臂转换器，用于用在高压DC电力传输和无功补偿中，所述变桥臂转换器包括：
至少一个转换器分支，包括用于在使用中连接到DC网络的第一DC端子和第二DC端子以及用于在使用中连接到AC网络的AC端子，所述转换器分支或每个转换器分支限定第一分支部分和第二分支部分，第一分支部分和第二分支部分包括在各个所述第一DC端子和所述第二DC端子中的一个与所述AC端子之间与链式转换器串联连接的至少一个导向开关，所述链式转换器是可操作的，以在所述AC端子处产生电压波形，并且所述第一分支部分和所述第二分支部分的所述导向开关是可操作的，以将所述各个链式转换器接入在所述各个DC端子与所述AC端子之间的电路以及将所述各个链式转换器从在所述各个DC端子与所述AC端子之间的电路断开；以及
控制器，在变桥臂转换器的操作周期的重叠时段期间，配置为选择性地控制所述每个导向开关的切换，从而将所述第一分支部分和所述第二分支部分同时接入电路，以形成包括第一分支部分、第二分支部分和所述DC网络的电流循环路径，所述控制器在所述电流循环路径形成期间强制交流电流通过所述电流循环路径流动，以在一个分支部分的所述链式转换器与另一个分支部分的所述链式转换器之间转移能量，在重叠时段结束时，一个分支部分的所述链式转换器释放能量，以及另一分支部分的所述链式转换器吸收能量。
2.根据权利要求1所述的变桥臂转换器，其中强制通过所述电流循环路径流动的所述交流电流具有零平均波形形状。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的变桥臂转换器，其中至少一个分支部分还包括电感构件，并且所述控制器通过控制各个所述链式转换器中的一个或两个来强制所述交流电流通过所述电流循环路径流动，以在所述电感构件或每个电感构件的两端产生差分电压。
4.根据权利要求1所述的变桥臂转换器，其中所述控制器被配置为在所述变桥臂转换器的操作周期内的预定激活点处将所述分支部分中的一个接入电路，所述控制器在所述操作周期的重叠时段期间将所述第一分支部分和所述第二分支部分同时接入电路，且所述重叠时段在所述激活点的任一侧延伸。
5.根据权利要求4所述的变桥臂转换器，其中所述控制器被配置为在预定激活点处将所述一个分支部分接入电路，所述预定激活点在其中在所述AC端子处的所述电压波形的操作周期内过零的点处或者邻近其中在所述AC端子处的所述电压波形的操作周期内过零的点处。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的变桥臂转换器，其中所述重叠时段以所述激活点为中心。
7.根据权利要求1或2所述的变桥臂转换器，其中第一分支部分或第二分支部分中的所述导向开关或每个导向开关为先合后断开关或者包括先合后断开关。
8.根据权利要求1或2所述的变桥臂转换器，其中在所述电流循环路径形成期间，所述控制器还被配置为通过所述电流循环路径使直流电流循环，以在至少一个所述链式转换器与所述DC网络之间转移能量。
9.一种控制变桥臂转换器的方法，所述变桥臂转换器包括至少一个转换器分支，具有用于在使用中连接到DC网络的第一DC端子和第二DC端子以及用于在使用中连接到AC网络的AC端子，所述转换器分支或每个转换器分支限定第一分支部分和第二分支部分，第一分支部分和第二分支部分包括与在各个所述第一DC端子和所述第二DC端子中的一个与所述AC端子之间的链式转换器串联连接的至少一个导向开关，所述链式转换器是可操作的，以在所述AC端子处产生电压波形，并且所述第一分支部分和所述第二分支部分的所述导向开关是可操作的，以将所述各个链式转换器接入在所述各个DC端子与所述AC端子之间的电路以及将所述各个链式转换器从在所述各个DC端子与所述AC端子之间的电路断开，所述方法包括以下步骤：
(a)在变桥臂转换器的操作周期的重叠时段期间，将两个分支部分同时接入电路，以形成包括第一分支部分、第二分支部分和所述DC网络的电流循环路径；以及
(b)在所述电流循环路径形成期间强制交流电流通过所述电流循环路径流动，以在一个分支部分的所述链式转换器与另一个分支部分的所述链式转换器之间转移能量，在重叠时段结束时，一个分支部分的所述链式转换器释放能量，以及另一分支部分的所述链式转换器吸收能量。
CN201480045385.1A 2013-06-10 2014-06-06 变桥臂转换器 Expired - Fee Related CN105474528B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13171312.5 2013-06-10
EP13171312.5A EP2814166B1 (en) 2013-06-10 2013-06-10 An alternate arm converter
PCT/EP2014/061916 WO2014198674A1 (en) 2013-06-10 2014-06-06 An alternate arm converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105474528A CN105474528A (zh) 2016-04-06
CN105474528B true CN105474528B (zh) 2018-08-03

Family

ID=48577598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480045385.1A Expired - Fee Related CN105474528B (zh) 2013-06-10 2014-06-06 变桥臂转换器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9755432B2 (zh)
EP (1) EP2814166B1 (zh)
CN (1) CN105474528B (zh)
WO (1) WO2014198674A1 (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105191091A (zh) * 2013-01-11 2015-12-23 阿尔斯通技术有限公司 电压源型变换器
EP2755315A1 (en) 2013-01-11 2014-07-16 Alstom Technology Ltd Hybrid modular converter
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
EP3048688A1 (en) * 2015-01-22 2016-07-27 General Electric Technology GmbH Improvements in or relating to hvdc power converters
EP3062413A1 (en) * 2015-02-27 2016-08-31 Alstom Technology Ltd Voltage source converter and control thereof
GB2537608B (en) * 2015-04-17 2019-05-22 General Electric Technology Gmbh Improvements in or relating to voltage source converters
CN105119509B (zh) * 2015-07-23 2017-10-31 上海电力设计院有限公司 适用于不对称交流电网的mmc直接环流抑制方法
GB2541007B (en) * 2015-08-05 2017-12-13 General Electric Technology Gmbh Voltage source converter
GB2541428B (en) * 2015-08-19 2017-11-08 General Electric Technology Gmbh Voltage source converter
GB2547936A (en) * 2016-03-03 2017-09-06 General Electric Technology Gmbh Fault protection for voltage source converters
GB2566933B (en) 2017-09-15 2022-09-07 Turbo Power Systems Ltd Sub-statioin transformer load balancing system
EP3654519A1 (en) * 2018-11-14 2020-05-20 General Electric Company Voltage source converter
FR3089361B1 (fr) * 2018-12-03 2021-12-10 Electricite De France Convertisseur à bras alterné source de courant, système de conversion de puissance et procédé de contrôle d’un tel convertisseur

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7960871B2 (en) 2006-12-08 2011-06-14 Siemens Aktiengesellschaft Control of a modular converter with distributed energy storage devices
JP5141688B2 (ja) 2007-09-06 2013-02-13 富士通株式会社 音信号生成方法、音信号生成装置及びコンピュータプログラム
WO2010145690A1 (en) 2009-06-15 2010-12-23 Areva T&D Uk Limited Converter
EP2446527B1 (en) 2009-06-22 2015-07-01 ALSTOM Technology Ltd Converter
JP5509348B2 (ja) * 2010-03-15 2014-06-04 アルストム テクノロジー リミテッド マルチレベルコンバータを有する静止型無効電力補償装置
CA2815394A1 (en) * 2010-10-27 2012-05-03 Alstom Technology Ltd Modular multilevel converter
US20140133196A1 (en) * 2011-06-29 2014-05-15 David Reginald Trainer Converter
EP2748917B1 (en) * 2011-08-24 2018-05-30 ABB Schweiz AG Bidirectional unisolated dc-dc converter based on cascaded cells

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014198674A1 (en) 2014-12-18
CN105474528A (zh) 2016-04-06
EP2814166B1 (en) 2017-11-15
EP2814166A1 (en) 2014-12-17
US9755432B2 (en) 2017-09-05
US20160141876A1 (en) 2016-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105474528B (zh) 变桥臂转换器
CN106030955B (zh) 包括模块化多电平转换器的能量存储系统
CN103190056B (zh) 蓄电装置的充电控制方法以及放电控制方法
US9121882B2 (en) Wind energy plant testing device
CN103875147A (zh) 多电平变换器及用于控制包括平衡单元电压的多电平变换器的方法
CN104081649B (zh) 对于双端子hvdc连接的ac/dc多单元功率转换器
CN102611126B (zh) 基于单相逆变电源的柔性切换系统的切换方法
US20160126737A1 (en) A converter arrangement for power compensation and a method for controlling a power converter
CN101874340A (zh) 功率因数控制电路和市电电源
CN105191110A (zh) 包括链环式变换器的电压源型变换器
CN107873119A (zh) 具有交流输出的多电平中压功率转换设备
JP6776763B2 (ja) 試験装置
CN105247777A (zh) 电力电子变换器
CN110366811A (zh) 电压源转换器
CN105790253B (zh) 一种双环控制方法
CN104485696A (zh) 一种特高压直流输电阀组电压不均衡控制方法及控制装置
CN102355125A (zh) 变流器的软启动电路
JP2014193016A (ja) 蓄電装置、電池制御装置、及び電池制御方法
US20110204718A1 (en) Power supply arrangement, in particular for supplying power to a reactor for producing polysilicon
RU2011120444A (ru) Установка электроснабжения, содержащая первое и второе устройства электроснабжения
CN209329699U (zh) 一种电压质量补偿装置
CN202210760U (zh) 变流器的软启动电路
CN105474497A (zh) 电气组件
GB2519762A (en) DC to DC converter assembly
CN107852105A (zh) 电压源转换器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180803