CN106489222B

CN106489222B - 控制电路

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Publication number: CN106489222B
Application number: CN201580039500.9A
Authority: CN
Inventors: J.L.欧特拉姆
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2019-12-17
Anticipated expiration: 2035-05-21
Also published as: EP2947741A1; CN106489222A; EP2947741B1; WO2015177286A1; US20180013290A1

Abstract

一种控制电路(30)，包括：用于到电网络(36，38)的连接的第一和第二端子(32，34)；在第一与第二端子(32，34)之间延伸的电流传输通路，电流传输通路包含第一和第二电流传输通路部分(40，42)，第一和第二电流传输通路部分(40，42)布置成准许在使用中在第一与第二端子(32，34)之间流动并且流过第一电流传输通路部分(40)的电流旁路第二电流传输通路部分(42)，并且准许在使用中在第一与第二端子(32，34)之间流动并且流过第二电流传输通路部分(42)的电流旁路第一电流传输通路部分(40)，每个电流传输通路部分(40，42)包含相应转换器(50a，50b)，每个转换器(50a，50b)包含至少一个模块，每个模块包含至少一个能量储存装置，电流传输通路还包含至少一个能量转换元件(44，46，48)；以及控制器(100)，配置成从相应电流传输通路部分(40，42)选择地去除所述或每个能量储存装置，以使电流从电网络(36，38)流出经过电流传输通路和所述或每个能量转换元件(44，46，48)，以便使用控制电路作为能量去除装置以便从电网络(36，38)中去除过量能量，其中控制器(100)配置成从相应电流传输通路部分(40，42)选择地去除所述或每个能量储存装置，以便控制在使用中在第一和第二电流传输通路部分(40，42)分别流动的第一和第二电流，以同时对第一和第二电流传输通路部分(40，42)中的一个的转换器(50a，50b)进行充电并且对第一和第二电流传输通路部分(40，42)的另一个的转换器(50b)进行放电。

Description

控制电路

本发明涉及控制电路。

在DC输电方案中，DC传输线10a、10b用来互连传送电网络12和接收电网络14，以准许两个电网络12、14之间的功率传递，如图1a所示。在故障16阻止接收电网络14从DC传输线10a、10b接收功率的情况下，传送电网络12不能够中断功率到DC传输线10a、10b中的传输。这是因为发电机例如风力涡轮机不能够瞬时关断，并且因此将继续将能量18馈送到DC传输线10a、10b中。此外，接收电网络14被电网法规要求穿越供应下跌(supply dip)，例如其中电压降低到其原始值的大约15%，并且在去除故障16时恢复功率的传输。

继续将功率传送到DC传输线10a、10b中导致DC传输线10a、10b中的过量功率的积聚，这不仅不利地影响由相应电网络12、14对功率的传输和接收之间的平衡，而且可能损坏DC输电方案的各种组件，特别是由于通过DC传输线10a、10b的电容的非受控充电所引起的高压应力。

用于防止过量功率的积聚的一种解决方案是将过量功率暂时储存在形成传送电网络12的部分的其他电容器和DC链路电容器中。但是，传送电网络12的有限能量储存能力限制可暂时储存起来的有功功率量，直到接收电网络14返回到其工作状态。

用于防止过量功率的积聚的另一种解决方案是使用负荷转储(dump)斩波器电路20来将过量功率转向离开DC传输线10a、10b。图1b示出转储电阻器22，其跨DC传输线10a、10b与开关24串联连接。闭合开关24使电流从DC传输线流处经过转储电阻器22，这又使功率经由转储电阻器22耗散。这允许过量能量经由负荷转储斩波器电路20从DC传输线10a、10b被去除。

现有斩波器电路利用简单半导体开关将电阻器连接在DC传输线之间，以便吸收过量能量。这种类型的斩波器依靠大量较低电压半导体开关(其按照脉宽调制(PWM)方式来操作以准确控制能量吸收)的串联连接和同时切换。这种斩波器电路开关的设计和操作要求大型无源装置和复杂控制方法来确保个别半导体开关之间的总施加电压的相等分摊。另外，PWM动作引起斩波器电路和DC传输线内的电压和电流的极高变化率，其引起不合需要的电尖峰以及高等级的电磁噪声和干扰。

按照本发明的方面，提供一种控制电路，包括：

用于到电网络的连接的第一和第二端子；

在第一与第二端子之间延伸的电流传输通路，电流传输通路包含第一和第二电流传输通路部分，第一和第二电流传输通路部分布置成准许在使用中在第一与第二端子之间流动并且流过第一电流传输通路部分的电流旁路第二电流传输通路部分，并且准许在使用中在第一与第二端子之间流动并且流过第二电流传输通路部分的电流旁路第一电流传输通路部分，每个电流传输通路部分包含相应转换器，每个转换器包含至少一个模块，每个模块包含至少一个能量储存装置，电流传输通路还包含至少一个能量转换元件；以及

控制器，配置成从相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置，以便使电流从电网络流出经过电流传输通路和所述或每个能量转换元件，以从电网络中去除能量，

其中控制器配置成从相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置，以便控制在使用中分别在第一和第二电流传输通路部分流动的第一和第二电流，以同时对第一和第二电流传输通路部分中的一个的转换器进行充电并且对第一和第二电流传输通路部分的另一个的转换器进行放电。

按照要求保护的本发明的方面，提供一种控制电路，包括：

用于到电网络的连接的第一和第二端子；

控制器，配置成从相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置，以使电流从电网络流出经过电流传输通路和所述或每个能量转换元件，以便使用控制电路作为能量去除装置从电网络中去除过量能量，

按照上面陈述的方式配置控制电路允许它被用作能量去除装置，以从电网络(例如AC或DC输电线)中去除过量能量，以便例如保护电网络免受过电压，并且确保电网络故障穿越，其中电网络故障通常将引起能量传递的暂时限制，使得过量能量将增加局部电压，除非被去除(若必要的话)。这是因为控制电路中包含转换器准许所述或每个能量转换元件中流动的电流的主动修改，以对应于将要从电网络中去除的过量能量。

为了调节电网络中的能级，控制电路可配置成采用备用配置，其中所述或每个能量储存装置被插入到相应电流传输通路部分以阻止电流在电网络的正常条件期间在电流传输通路中流动，或者从相应电流传输通路部分选择地去除一个或多个能量储存装置，以使电流从电网络流出经过电流传输通路和所述或每个能量转换元件，以便使过量能量能够从电网络中去除并且使功率经由所述或每个能量转换元件来耗散。

已发现用来从相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置的能力允许能量、即过量功率从电网络到控制电路的快速传递，并且由此实现电网络中的能级的快速调节。这又准许控制电路在故障情况下快速响应用来调节电网络中的能级的要求。

使用控制电路中的转换器从电网络中去除能量导致转换器的充电。由于每个转换器的所述或每个能量储存装置具有有限能量储存能力，所以有必要周期地对来自每个转换器的储存能量进行放电。在来自每个转换器的储存能量的这种放电期间，阻止控制电路从电网络中去除能量。因此，使控制电路不能在遍及能量去除过程中向电网络呈现不间断负荷。

按照本发明的控制电路中的控制器的供应实现同时对第一和第二电流传输通路部分中的一个的转换器进行充电以及对第一和第二电流传输通路部分的另一个的转换器进行放电。这使控制电路能够从电网络中去除能量，并且同时允许放电转换器对其储存能量进行放电，而没有阻止控制电路从电网络中去除能量。

因此，按照本发明的控制电路中的控制器的供应使控制电路能够在遍及能量去除过程中向电网络呈现不间断负荷。因此，按照本发明的控制电路能够促进从电网络中去除能量期间的平滑功率耗散，同时使对电网络(其可以不能够容许间断负荷)的扰动和/或损坏的风险为最小或者将其消除，或者避免对安装滤波器电路以便使电网络能够容许间断负荷的需要。

在使用中分别在第一和第二电流传输通路部分流动的第一和第二电流可按照多种方式来控制，以便同时对第一和第二电流传输通路部分中的一个的转换器进行充电并且对第一和第二电流传输通路部分的另一个的转换器进行放电。

例如，在本发明的实施例中，控制器可配置成从相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置，以便在同时对第一和第二电流传输通路部分中的一个的转换器进行充电以及对第一和第二电流传输通路部分的另一个的转换器进行放电期间控制第一电流在第一和第二电流流动方向中的一个上在第一电流传输通路部分中流动，并且控制第二电流在第一和第二电流流动方向的另一个上在第二电流传输通路部分中流动，第一电流流动方向是从第一端子到第二端子，以及第二电流流动方向是从第二端子到第一端子。

控制器可配置成从相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置，以便在同时对第一和第二电流传输通路部分中的一个的转换器进行充电以及对第一和第二电流传输通路部分的另一个的转换器进行放电期间控制第一和第二电流的每个对相应转换器交替充电和放电。

相应转换器的这种交替充电和放电使先前充电转换器能够对其储存能量进行放电，而无需中断控制电路的操作以便从电网络中去除能量，因而进一步增强按照本发明的控制电路用来促进从电网络中去除能量期间的平滑功率耗散的能力。

控制器可配置成从相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置，以便在控制相应转换器在充电与放电之间改变时以电压的线性变化率来增加或降低跨相应转换器的电压。按照这种方式控制跨相应转换器的电压的变化率为每个转换器提供其充电电压与其放电电压之间的平滑转变，因而避免每个转换器遭遇潜在损坏电压瞬变的风险。

控制器可配置成从相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置，以便使控制电路在同时对第一和第二电流传输通路部分中的一个的转换器进行充电以及对第一和第二电流传输通路部分的另一个的转换器进行放电期间从电网络吸取恒定或可变功率。可变功率的形状可根据关联电网络的要求而变化。

控制器可配置成从相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置，以便在同时对第一和第二电流传输通路部分中的一个的转换器进行充电以及对第一和第二电流传输通路部分的另一个的转换器进行放电期间使在控制电路的单个循环内每个转换器的能级中的净变化为最小或者将其阻止。

按照这种方式配置控制器准许对电流传输通路中的模块的个别电压电平的控制，并且由此通过允许例如使用平均电压值作为反馈以控制从相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置来简化控制电路的设计。

控制器可配置成从相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置，以便修改在使用中从电网络流出经过电流传输通路和所述或每个能量转换元件的电流，以选择在同时对第一和第二电流传输通路部分中的一个的转换器进行充电以及对第一和第二电流传输通路部分的另一个的转换器进行放电期间从电网络中去除能量的速率。

按照本发明的控制电路的配置准许它耗散一系列功率，同时在遍及能量去除过程中向电网络呈现不间断负荷。

按照本发明的控制电路的电流传输通路的结构可变化。例如，第一和第二电流传输通路部分可并联连接在第一与第二端子之间。

按照本发明的控制电路中的能量转换元件的数量和布置可变化。

在本发明的实施例中，第一电流传输通路部分可包含第一能量转换元件，以及第二电流传输通路部分可包含第二能量转换元件。

在这类实施例中，电流传输通路还可包含第三能量转换元件，其在第一与第二端子之间与第一和第二能量转换元件相连接，以定义星形或三角形连接，其中星形或三角形连接的相应分支包含第一、第二和第三能量转换元件的相应能量转换元件。

按照本发明的控制电路的电流传输通路的每个模块的结构和配置可变化。例如，每个模块可包含至少一个切换元件和至少一个能量储存装置，每个模块中的所述或每个切换元件和所述或每个能量储存装置组合以便选择地提供电压源。

每个转换器中的所述或每个能量储存装置例如可以是能够储存和释放能量的任何类型的能量储存装置，例如电容器、电池组或燃料电池。

所述或每个模块可配置成具有双向电流能力，即，所述或每个模块可配置成能够在两个方向上传导电流。

在本发明的实施例中，模块的至少一个可包含一对切换元件，其在一对模块端子之间按照半桥布置与能量储存装置并联连接，以定义2象限单极模块，其能够提供零/接近零或正电压，并且能够在两个方向上传导电流。

在本发明的另外实施例中，模块的至少一个可包含两对切换元件，其在一对模块端子之间按照全桥布置与能量储存装置并联连接，以定义4象限双极模块，其能够提供负、零/接近零或正电压，并且能够在两个方向上传导电流。

每个转换器可包含多个串联连接模块。多个串联连接模块定义链式链路转换器。链式链路转换器的结构准许跨链式链路转换器的组合电压的积聚，其高于从到链式链路转换器中的各提供其自己的电压的其个别模块的每个可得到的电压。以这种方式，每个模块中的所述或每个切换元件的切换使链式链路转换器提供阶跃可变电压源，其准许使用阶跃近似跨链式链路转换器来生成电压波形。因此，链式链路转换器能够提供大范围的复合电压波形。

控制电路可配置成可连接到多种电网络。例如，第一和第二端子中的一个可以可连接到第一电压，以及第一和第二端子的另一个可以可连接到第二电压或连接到地。

另外，多个控制电路可被组合以形成控制电路组合件。例如，控制电路组合件可包括第一和第二控制电路，第一和第二控制电路的每个按照本发明的第一方面的任何实施例，

其中第一控制电路的第一和第二端子中的一个可连接到第一电压，以及第一和第二端子的另一个可连接到地；以及

其中第二控制电路的第一和第二端子中的一个可连接到第二电压，以及第一和第二端子的另一个可连接到地。

现在将参照附图通过非限制性示例来描述本发明的优选实施例，附图包括：

图1a和图1b通过示意形式示出现有技术DC传输方案；

图2通过示意形式示出按照本发明的第一实施例的控制电路；

图3通过示意形式示出2象限单极模块的结构；

图4通过示意形式示出4象限双极模块的结构；

图5a和图5b通过图表形式图示图2的控制电路的操作；

图6通过图表形式图示对于由控制电路所耗散的一系列功率、跨图2的控制电路的链式链路转换器的电压中的变化；

图7通过示意形式示出常规动态制动电阻器；

图8通过图表形式图示图7的动态制动电阻器的操作；

图9通过示意形式示出按照本发明的第二实施例的控制电路；以及

图10通过示意形式示出按照本发明的第三实施例的控制电路组合件。

按照本发明的第一实施例的第一控制电路在图2中示出，并且通常通过参考数字30来表示。

第一控制电路30包括第一和第二端子32和34、电流传输通路以及控制器100。

在使用中，第一和第二端子32、34分别连接到第一和第二DC输电线36、38。在本发明的其他实施例中，设想第一和第二端子32、34可在使用中分别连接到AC输电线。在本发明的仍有其他实施例中，设想第一和第二端子32、34中的一个在使用中可连接到携带正或负电压的DC输电线，并且第一和第二端子32、34的另一个可连接到地。

电流传输通路在第一与第二端子32、34之间延伸。电流传输通路包含第一和第二电流传输通路部分40、42。

第一和第二电流传输通路部分40、42并联连接在第一与第二端子32、34之间。第一电流传输通路部分40包含以第一电阻器44的形式的第一能量转换元件，以及第二电流传输通路部分42包含以第二电阻器46的形式的第二能量转换元件。

电流传输通路还包含以第三电阻器48的形式的第三能量转换元件。第三电阻器48在第一与第二端子32、34之间与第一和第二电阻器44、46相连接，以定义星形连接，使得星形连接的相应分支包含第一、第二和第三电阻器44、46、48的相应电阻器。

在所示实施例中，第三电阻器48直接连接到第一端子32，而第一和第二电流传输通路部分40、42直接连接到第二端子34。

第一与第二端子32、34之间的第一和第二电流传输通路部分40、42的并联连接准许在使用中在第一与第二端子32、34之间流动并且流过第一电流传输通路部分40的电流旁路第二电流传输通路部分42，并且准许在使用中在第一与第二端子32、34之间流动并且流过第二电流传输通路部分42的电流旁路第一电流传输通路部分40。

第一电流传输通路部分40包含第一链式链路转换器50a。第二电流传输通路部分42包含第二链式链路转换器50b。每个链式链路转换器50a、50b包含多个串联连接模块52。

每个模块52包含一对切换元件54和以电容器56的形式的能量储存装置。在每个模块52中，切换元件对54在一对模块端子之间按照半桥布置与电容器56并联连接，以定义2象限单极模块52，其能够提供零/接近零或正电压，并且能够在两个方向上传导电流，如图3所示。

每个切换元件54构成绝缘栅双极晶体管(IGBT)，其与二极管反并联连接。设想在本发明的其他实施例中，每个IGBT可由栅关断晶闸管、场效应晶体管、注入增强栅晶体管、集成栅换向晶闸管或者任何其他自换向切换装置来取代。

设想在本发明的其他实施例中，每个电容器56可由能够储存和释放能量的另一种类型的能量储存装置(例如电池组或燃料电池)来取代。

通过改变对应切换元件54的状态，每个模块52的电容器56选择地旁路或插入到相应链式链路转换器50a、50b中。这选择地引导电流经过电容器56或者使电流旁路电容器56，使得模块52提供零/接近零或正电压。

当模块52中的切换元件54配置成将模块端子直接连接在一起时，旁路模块52的电容器56。这使相应链式链路转换器50a、50b中的电流直接在模块端子之间传递并且旁路电容器56，以及因此模块52提供零/接近零电压，即，模块52按照旁路模式来配置。

当模块52中的切换元件54配置成允许相应链式链路转换器50a、50b中的电流流入和流出电容器56时，模块52的电容器56插入到相应链式链路转换器50a、50b中。电容器56然后对其储存能量进行充电或放电，以便提供非零电压，即，模块52按照非旁路模式来配置。

设想在本发明的其他实施例中，每个模块52可由可操作以便选择地提供电压源的另一种类型的模块(例如包含至少一个切换元件和至少一个能量储存装置的另一种类型的模块)来取代，模块中的所述或每个切换元件和所述或每个能量储存装置组合以便选择地提供电压源。例如，每个模块52可包含两对切换元件54和以电容器56的形式的能量储存装置，其中切换元件对54在一对模块端子之间按照全桥布置与电容器56并联连接，以定义4象限双极模块52，其能够提供负、零/接近零或正电压，并且能够在两个方向上传导电流，如图4所示。

每个链式链路转换器50a、50b的结构经由插入各提供其自己的电压的多个模块52的电容器56到相应链式链路转换器50a、50b中的来准许跨每个链式链路转换器50a、50b的相应组合电压的积聚，其高于从其个别模块52的每个可得到的电压。以这样方式，每个模块52中的每个切换元件54的切换使每个链式链路转换器50a、50b提供阶跃可变电压源，其准许使用阶跃近似跨每个链式链路转换器50a、50b来生成电压波形。因此，每个链式链路转换器50a、50b能够提供大范围的复合电压波形。

控制器100配置成控制每个模块52的切换元件54的切换，使得每个电容器56旁路或者插入到相应链式链路转换器50a、50b中。从相应电流传输通路部分40、42中选择地去除被旁路的任何电容器56。以这样的方式，控制器100配置成从相应电流传输通路部分40、42中选择地去除每个电容器56。

第一控制电路30的操作参照图5a(其通过图表形式图示Simulink模拟的结果)描述如下。

跨第一和第二端子32、34的DC电压为640 kV，在第一与第二端子32、34之间流动的最大电流为1406 A，能够在第一控制电路30中耗散的最大功率在1406 A为900 MW，以及在第一控制电路30中耗散的模拟功率在703 A为450 MW。将领会，这些电压、电流和功率参数是示范性的，并且只是意图帮助示出本发明的工作，并且可根据关联功率应用的要求而变化。

在DC输电线36、38的正常条件期间，第一控制电路30按照备用配置来配置，其中控制器100切换每个模块52的切换元件54，以便将每个电容器56插入到相应电流传输通路部分40、42中，以阻止电流在电流传输通路中流动。

在环境(例如故障)要求从DC输电线36、38中去除过量能量的情况下，控制器100切换链式链路转换器50a、50b的模块52的切换元件54，以便从相应电流传输通路部分40、42中选择地去除每个电容器56，以修改跨每个链式链路转换器50a、50b的电压58、60，以便使第一和第二电流62、64分别在第一和第二电流传输通路部分40、42中流动。

控制器100还切换链式链路转换器50a、50b的模块52的切换元件54，以便控制第一电流62在第一电流流动方向上在第一电流传输通路部分40中流动，并且控制第二电流64在第二电流流动方向上在第二电流传输通路部分42中流动。第一电流流动方向是从第一端子32到第二端子34，以及第二电流流动方向是从第二端子34到第一端子32。换言之，第一和第二电流流动方向彼此相反。

在所示实施例中，第一电流62在第一电流流动方向上的流动使第一链式链路转换器50a通过吸收来自DC输电线36、38和第二链式链路转换器50b的能量76进行充电，而第二电流64在相反的第二电流流动方向上的流动使第二链式链路转换器50b将其储存能量78放电到第一和第二电阻器44、46和第一链式链路转换器50a中。以这种方式，控制器100从相应电流传输通路部分40、42中选择地去除每个电容器56，以便控制在使用中分别在第一和第二电流传输通路部分40、42中流动的第一和第二电流62、64，以同时对第一链式链路转换器50a进行充电并且对第二链式链路转换器50b进行放电。在这个阶段，跨第一链式链路转换器50a的充电电压58低于跨第二链式链路转换器50b的放电电压60。

图5a图示对第一链式链路转换器50a进行充电的功率66以及对第二链式链路转换器50b进行充电的功率68。

同时，在同时对第一链式链路转换器50a进行充电和对第二链式链路转换器50b进行放电期间，第一和第二电流62、64经过第一和第二电流传输通路部分40、42的相应的流动使电流从DC输电线36、38流出经过电流传输通路并且流过第一、第二和第三电阻器44、46、48的每个。这因功率70、72经由第一、第二和第三电阻器44、46、48的耗散而导致从DC输电线36、38中去除功率74，因而实现DC输电线36、38中的能级的调节。图5a中，功率经由第三电阻器48的耗散是等于从DC输电线36、38所去除的功率74与经由第一和第二电阻器44、46所耗散的功率70、72的平均和之间的差的恒定值。

因此，第一控制电路30中的控制器100的供应使第一控制电路30能够从DC输电线36、38中去除能量，并且同时允许放电的第二链式链路转换器50b以对其储存能量78进行放电，而没有阻止第一控制电路30从DC输电线36、38中去除能量。

在某个时间周期(其在图5a中为大约0.01 s)之后，控制器100切换链式链路转换器50a、50b的模块52的切换元件54，以便控制第一电流62在第二电流流动方向上在第一电流传输通路部分40中流动，并且控制第二电流64在第一电流流动方向上在第二电流传输通路部分42中流动。

在所示实施例中，第一电流62在第二电流流动方向上的流动使第一链式链路转换器50a将其储存能量76放电到第一和第二电阻器44、46和第二链式链路转换器50b中，而第二电流64在相反的第一电流流动方向上的流动使第二链式链路转换器50b通过吸收来自DC输电线36、38和第一链式链路转换器50a的能量78进行充电。以这种方式，控制器100从相应电流传输通路部分40、42中选择地去除每个电容器56，以便控制在使用中分别在第一和第二电流传输通路部分40、42中流动的第一和第二电流62、64，以同时对第二链式链路转换器50b进行充电并且对第一链式链路转换器50a进行放电。在这个阶段，跨第一链式链路转换器50a的放电电压58高于跨第二链式链路转换器50b的充电电压60。

同时，在同时对第二链式链路转换器50b进行充电以及对第一链式链路转换器50a进行放电期间，第一和第二电流62、64经过第一和第二电流传输通路部分40、42的相应的流动使电流从DC输电线36、38流出经过电流传输通路并且流经第一、第二和第三电阻器44、46、48的每个。这还因功率70、72经由第一、第二和第三电阻器44、46、48的耗散而导致从DC输电线36、38中去除功率74，因而实现DC输电线36、38中的能级的调节。如上所提到，图5a中，功率经由第三电阻器48的耗散是等于从DC输电线36、38所去除的功率74与经由第一和第二电阻器44、46所耗散的功率70、72的平均和之间的差的恒定值。

因此，第一控制电路30中的控制器100的供应使第一控制电路30能够从DC输电线36、38中去除能量，并且同时允许放电的第一链式链路转换器50a以对其储存能量76进行放电，而没有阻止第一控制电路30从DC输电线36、38中去除能量。

在某个时间周期(其在图5a中为大约0.01 s)之后，控制器100切换链式链路转换器50a、50b的模块52的切换元件54，以便控制第一电流62再次在第一电流流动方向上在第一电流传输通路部分40中流动，并且控制第二电流64再次在第二电流流动方向上在第二电流传输通路部分42中流动。

以这种方式，将第一和第二电流62、64控制成在同时对第一和第二链式链路转换器50a、50b中的一个进行充电以及对第一和第二链式链路转换器50a、50b的另一个进行放电期间并且遍及从DC输电线36、38中能量的去除对第一和第二链式链路转换器50a、50b交替充电和放电。第一和第二链式链路转换器50a、50b的这种交替充电和放电使先前充电的链式链路转换器能够对其储存能量76、78进行放电，而无需中断第一控制电路用来从DC输电线36、38中去除能量的操作，因而进一步增强第一控制电路30用来促进从DC输电线36、38中去除能量期间的平滑功率耗散的能力。

在充电与放电之间改变每个链式链路转换器50a、50b要求跨那个链式链路转换器50a、50b的电压58、60在充电电压与放电电压之间进行切换。在这个方面，控制器100切换链式链路转换器50a、50b的模块52的切换元件54，以便以电压的线性变化率来增加或降低跨相应链式链路转换器50a、50b的电压58、60。以这种方式控制跨相应链式链路转换器50a、50b的电压的变化率为每个链式链路转换器50a、50b提供其充电电压与其放电电压之间的平滑转变，因而避免每个链式链路转换器50a、50b遭遇潜在损坏电压瞬变的风险。

从图5a能够看到，第一控制电路30的上述操作导致第一控制电路30在同时对第一和第二链式链路转换器50a、50b中的一个进行充电以及对第一和第二链式链路转换器50a、50b的另一个进行放电期间吸取来自DC输电线36、38的恒定功率74。换言之，第一控制电路30遍及能量去除过程中向DC输电线36、38呈现不间断负荷。

设想在本发明的其他实施例中，可操作第一控制电路30，使得第一控制电路30在同时对第一和第二链式链路转换器50a、50b中的一个进行充电以及对第一和第二链式链路转换器50a、50b的另一个进行放电期间吸取来自DC输电线36、38的可变功率。可变功率的形状可根据关联DC输电线36、38的要求而变化。

另外，从图5a能够看到，在同时对第一和第二链式链路转换器50a、50b中的一个进行充电以及对第一和第二链式链路转换器50a、50b的另一个进行放电期间的第一和第二链式链路转换器50a、50b的交替充电和放电导致使在第一控制电路30的单个循环(其在图5a中为大约0.02 s)内每个链式链路转换器50a、50b的能级76、78的净变化为最小。

每个链式链路转换器50a、50b在充电与放电之间进行切换的频率能够选择成适合第一和第二链式链路转换器50a、50b的能量循环能力。由每个链式链路转换器50a、50b用来在充电与放电电压之间斜升所花费的时间长度能够选择成匹配第一和第二链式链路转换器50a、50b的电压变化能力及其关联控制方案。

将领会，除了图5a所示的梯形电压和电流波形之外，其他类型的电压和电流波形可用来按照上面陈述的方式执行同时对第一和第二链式链路转换器50a、50b中的一个进行充电以及对第一和第二链式链路转换器50a、50b的另一个进行放电。

图5b所图示的第一控制电路30的操作与图5a所图示的第一控制电路30的操作类似，并且相似特征共用相同参考数字。图5b所图示的第一控制电路30的操作与图5a所图示的第一控制电路30的操作的不同之处在于，在图5b所图示的第一控制电路30的操作中，电压和电流波形是正弦波形而不是梯形波形。

优选地，控制器100配置成从相应电流传输通路部分40、42中选择地去除每个电容器56，以便修改在使用中从DC输电线36、38流出经过电流传输通路以及第一、第二和第三电阻器44、46、48的电流，以选择在同时对第一和第二链式链路转换器50a、50b中的一个进行充电以及对第一和第二链式链路转换器50a、50b的另一个进行放电期间从DC输电线36、38中去除能量的速率。

第一控制电路30的配置准许它耗散一系列功率，同时遍及能量去除过程中向DC输电线36、38呈现不间断负荷。

为了选择按照上面陈述的方式从DC输电线36、38中去除能量的速率，跨第一和第二链式链路转换器50a、50b的所要求电压80、82确定如下：

I_DC是在第一与第二端子32、34之间流动的电流。

I₁是在第一电流传输通路部分40中流动的电流。

I₂是在第二电流传输通路部分42中流动的电流。

V_DC是跨DC输电线36、38的电压。

V_STAR是在电阻器44、46、48的星形连接的结点处相对于第二端子34处的电压的电压。

V₁是跨第一链式链路转换器50a的电压80。

V₂是跨第二链式链路转换器50b的电压82。

P是在第一、第二和第三电阻器44、46、48中耗散的最大总功率。

P_DBS是从DC输电线36、38所吸取的功率。

R是每个电阻器44、46、48的电阻。为了简洁的目的，假定第一、第二和第三电阻器44、46、48具有相等电阻。实际上，第一、第二和第三电阻器44、46、48可具有不同电阻。

假定I₁和I₂在第一链式链路转换器50a正在充电而第二链式链路转换器50b正在放电时为正，以确保第一链式链路转换器50a的充电速率与第二链式链路转换器50b的放电速率是相同的：

图6通过图表形式图示按照如上所推导的等式9和10、跨第一和第二链式链路转换器50a、50b的电压80、82相对由第一控制电路30所耗散的一系列功率的标绘图。从图6能够看到，有可能改变跨第一控制电路30的第一和第二链式链路转换器50a、50b的电压80、82，以便使第一控制电路30能够对一系列功率进行耗散。

鉴于前述，能够看到，第一控制电路30中的控制器100的供应使第一控制电路30能够在遍及能量去除过程中向DC输电线36、38呈现不间断负荷。因此，第一控制电路30能够促进从DC输电线36、38中去除能量期间的平滑功率耗散，同时使对DC输电线36、38(其可以不能够容许间断负荷)的扰动和/或损坏的风险为最小或者将其消除，或者避免对安装滤波器电路以便使DC输电线36、38能够容许间断负荷的需要。

图7通过示意形式示出常规动态制动电阻器84。

动态制动电阻器84包含链式链路转换器86，其与转储电阻器88串联连接。链式链路转换器86包含多个串联连接模块。动态制动电阻器84的链式链路转换器86的每个模块包含一对切换元件，其在一对模块端子之间按照半桥布置与电容器并联连接，以定义2象限单极模块，其能够提供零/接近零或正电压，并且能够在两个方向上传导电流。

在使用中，动态制动电阻器84连接在一对DC输电线90、92之间。

在图7的动态制动电阻器84用来从DC输电线90、92中去除过量能量的操作期间，将链式链路转换器86控制成允许电流从DC输电线90、92流出并且流过转储电阻器88，以便使能量能够从DC输电线90、92中被去除并且使功率200能够经由转储电阻器88来耗散。链式链路转换器86从DC输电线90、92中去除能量的这种使用导致链式链路转换器86的充电。由于链式链路转换器86的每个电容器具有有限能量储存能力，所以有必要周期地对来自链式链路转换器86的储存能量进行放电。在来自链式链路转换器86的储存能量的这种放电期间，阻止动态制动电阻器84从DC输电线90、92中去除能量。因此，使动态制动电阻器84不能够在遍及能量去除过程中向DC输电线90、92呈现不间断负荷。

相比之下，由于第一控制电路30中的控制器100的供应准许其链式链路转换器50a、50b中的一个的放电而无需中断从DC输电线36、38中去除能量，所以第一控制电路30避免不能够在遍及能量去除过程中向DC输电线36、38呈现不间断负荷的上面提到的问题。

按照本发明的第二实施例的第二控制电路在图9中示出，并且通常通过参考数字130来表示。图9的第二控制电路130的结构和操作与图1的第一控制电路30类似，并且类似特征共用相同参考数字。

第二控制电路130与第一控制电路30的不同之处在于，在第二控制电路130中，第三电阻器48在第一与第二端子32、34之间与第一和第二电阻器44、46相连接以定义三角形连接，其中三角形连接的相应分支包含第一、第二和第三电阻器44、46、48的相应电阻器。更具体来说，在所示实施例中，电阻器44、46、48连接在第一端子32与第一和第二链式链路转换器50a、50b的每个之间。

三角形连接中的电阻器44、46、48的配置导致第二控制电路130的电阻器44、46、48具有个别电阻值，其在第一和第二控制电路30、130的任一个中的三个电阻器44、46、48在电阻值方面相等的情况下是第一控制电路30的电阻器44、46、48的个别电阻值的三倍。

按照本发明的第三实施例的控制电路组合件在图10中示出，并且通常通过参考数字300来表示。

控制电路组合件300包括一对控制电路230、330。控制电路对230、330的每一个的结构与图1的第一控制电路30类似，并且相似特征共用相同参考数字。

在使用中，控制电路对230的第一个控制电路的第一端子32连接到携带正DC电压的第一DC输电线36，控制电路对330的第二个控制电路的第一端子32连接到携带负DC电压的第二DC输电线38，以及相应第二端子34连接到地。

设想在本发明的其他实施例中，控制电路对230、330的任一个或两者的第二端子34可连接到相应DC输电线36、38，而对应的第一端子32连接到地。

控制电路对230、330的每个的操作与第一控制电路30的上述操作类似，即，同时对第一和第二链式链路转换器50a、50b中的一个进行充电以及对第一和第二链式链路转换器50a、50b的另一个进行放电，以便实现从DC输电线36、38中去除能量，并且同时允许放电的链式链路转换器50a、50b对其储存能量进行放电，而没有阻止从DC输电线36、38中去除能量。

另外，控制电路对230、330的布置准许使用相应链式链路转换器50a、50b将DC输电线36、38连接到地，以便操控接地故障。

在本发明的其他实施例中，设想控制电路对230、330的一个或两者的结构和操作可与图9的第二控制电路130类似。

将领会，按照本发明的控制电路的电流传输通路的结构可变化，只要第一和第二电流传输通路部分布置成准许在使用中在第一与第二端子之间流动并且流过第一电流传输通路部分的电流旁路第二电流传输通路部分，并且准许在使用中在第一与第二端子之间流动并且流过第二电流传输通路部分的电流旁路第一电流传输通路部分。

设想在本发明的其他实施例中，每个链式链路转换器的每个模块可由包含能量储存装置的另一种类型的模块(例如包含至少一个切换元件和至少一个能量储存装置的模块)来取代，模块中的所述或每个切换元件和所述或每个能量储存装置组合以便选择地提供电压源。还设想在本发明的其他实施例中，每个模块优选地配置成具有双向电流能力，即，所述或每个模块可配置成能够在两个方向上传导电流。

Claims

1.一种控制电路，包括：

用于到电网络的连接的第一和第二端子；

在所述第一与第二端子之间延伸的电流传输通路，所述电流传输通路包含在所述第一和第二端子之间并联连接的第一和第二电流传输通路部分，所述第一和第二电流传输通路部分布置成准许在使用中在所述第一与第二端子之间流动并且流过所述第一电流传输通路部分的电流旁路所述第二电流传输通路部分，并且准许在使用中在所述第一与第二端子之间流动并且流过所述第二电流传输通路部分的电流旁路所述第一电流传输通路部分，每个电流传输通路部分包含相应转换器，每个转换器包含至少一个模块，每个模块包含至少一个能量储存装置，并且其中所述第一电流传输通路部分包含第一能量耗散元件，以及所述第二电流传输通路部分包含第二能量耗散元件；以及

控制器，配置成从相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置，以使电流从所述电网络流出经过所述电流传输通路和所述第一和第二能量耗散元件，以便使用所述控制电路作为能量去除装置从所述电网络中去除过量能量，并且通过所述第一和第二能量耗散元件消耗能量以调节所述电网络的能级，

其中所述控制器配置成从所述相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置，以便控制在使用中分别在所述第一和第二电流传输通路部分流动的第一和第二电流，以同时对所述第一和第二电流传输通路部分中的一个的所述转换器进行充电并且对所述第一和第二电流传输通路部分的另一个的所述转换器进行放电。

2.如权利要求1所述的控制电路，其中，所述控制器配置成从所述相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置，以便在同时对所述第一和第二电流传输通路部分中的一个的所述转换器进行充电以及对所述第一和第二电流传输通路部分的另一个的所述转换器进行放电期间控制所述第一电流在第一和第二电流流动方向中的一个上在所述第一电流传输通路部分中流动，并且控制所述第二电流在所述第一和第二电流流动方向中的另一个上在所述第二电流传输通路部分中流动，所述第一电流流动方向是从所述第一端子到所述第二端子，以及所述第二电流流动方向是从所述第二端子到所述第一端子。

3.如权利要求1或2所述的控制电路，其中，所述控制器配置成从所述相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置，以便在同时对所述第一和第二电流传输通路部分中的一个的所述转换器进行充电以及对所述第一和第二电流传输通路部分的另一个的所述转换器进行放电期间控制所述第一和第二电流的每个对所述相应转换器交替充电和放电。

4.如权利要求3所述的控制电路，其中，所述控制器配置成从所述相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置，以便在控制所述相应转换器在充电与放电之间改变时以电压的线性变化率来增加或降低跨所述相应转换器的电压。

5.如权利要求1或2所述的控制电路，其中，所述控制器配置成从所述相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置，以便使所述控制电路在同时对所述第一和第二电流传输通路部分中的一个的所述转换器进行充电以及对所述第一和第二电流传输通路部分的另一个的所述转换器进行放电期间从所述电网络吸取恒定或可变功率。

6.如权利要求1或2所述的控制电路，其中，所述控制器配置成从所述相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置，以便在同时对所述第一和第二电流传输通路部分中的一个的所述转换器进行充电以及对所述第一和第二电流传输通路部分的另一个的所述转换器进行放电期间使在所述控制电路的单个循环内每个转换器的能级中的净变化为最小或将其阻止。

7.如权利要求1或2所述的控制电路，其中，所述控制器配置成从所述相应电流传输通路部分选择地去除所述或每个能量储存装置，以便修改在使用中从所述电网络流出经过所述电流传输通路和所述第一和第二能量耗散元件的所述电流，以选择在同时对所述第一和第二电流传输通路部分中的一个的所述转换器进行充电以及对所述第一和第二电流传输通路部分的另一个的所述转换器进行放电期间从所述电网络中去除能量的速率。

8.如权利要求1或2所述的控制电路，其中，所述电流传输通路还包含第三能量耗散元件，其在所述第一与第二端子之间与所述第一和第二能量耗散元件相连接，以定义星形或三角形连接，其中所述星形或三角形连接的相应分支包含所述第一、第二和第三能量耗散元件中的相应一个。

9.如权利要求1或2所述的控制电路，其中，每个模块包含至少一个切换元件和至少一个能量储存装置，每个模块中的所述或每个切换元件和所述或每个能量储存装置组合以便选择地提供电压源。

10.如权利要求9所述的控制电路，其中，所述模块的至少一个包含一对切换元件，其在一对模块端子之间按照半桥布置与能量储存装置并联连接，以定义2象限单极模块，其能够提供零/接近零或正电压，并且能够在两个方向上传导电流，和/或所述模块的至少一个包含两对切换元件，其在一对模块端子之间按照全桥布置与能量储存装置并联连接，以定义4象限双极模块，其能够提供负、零/接近零或正电压，并且能够在两个方向上传导电流。

11.如权利要求1或2所述的控制电路，其中，每个转换器包含多个串联连接模块。

12.如权利要求1或2所述的控制电路，其中，所述第一和第二端子中的一个可连接到第一电压，以及所述第一和第二端子的另一个可连接到第二电压或者连接到地。

13.一种包括第一和第二控制电路的控制电路组合件，所述第一和第二控制电路的每个按照任一前述所述权利要求，

其中所述第一控制电路的所述第一和第二端子中的一个可连接到第一电压，以及所述第一和第二端子的另一个可连接到地；以及

其中所述第二控制电路的所述第一和第二端子中的一个可连接到第二电压，以及所述第一和第二端子的另一个可连接到地。