CN107078506B - 电压源转换器 - Google Patents

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Abstract

在高压直流(HVDC)功率传输网络的领域中，电压源转换器(10)包括控制器(36)，所述控制器配置成；接收包括由所述转换器传递的有功功率预期的量的有功功率定单，并接收包括由所述转换器传递的无功功率预期的量的无功功率定单；接收多相AC电网络的每相的瞬时电压测量；确定每个单相分支的有功和无功相电流参考值，其独立于所述或每个其它各自的相电流参考值，并定义要求每个单相分支从AC电网络的对应的相汲取或传递到AC电网络的对应的相的电流，以便实现由有功和无功功率定单定义的与AC电网络的有功功率和无功功率交换；基于接收的有功功率定单、所述瞬时电压测量确定有功相电流参考值，并利用所述有功相电流参考值确定合成的瞬时无功功率；和/或基于接收的无功功率定单、所述瞬时电压测量确定无功相电流参考值，并利用所述无功相电流参考值确定合成的瞬时有功功率。

Description

电压源转换器
本发明涉及电压源转换器。具体地，其涉及具有控制器的电压源转换器，所述控制器配置成确定用于独立满足有功和无功功率需求的电气变量。本发明还涉及包括所述电压源转换器的电传输网络，例如高压传输网络。
在功率传输网络中，交流(AC)功率通常被转换为直流(DC)功率用于经由架空线和/或海底电缆传输。这种转换去除了补偿由传输线或电缆强加的AC电容性负载效应的需要，并因此降低了每公里线路和/或电缆的成本。因此，当需要长距离传输功率时，从AC转换成DC变得有成本效率的。
在它必需互连在不同频率下工作的AC电网络的功率传输网络中也利用AC功率和DC功率之间的转换。在任意这种功率传输网络中，在AC和DC功率之间的每个接口处要求转换器以实现所要求的转换，并且一种这种形式的转换器是电压源转换器(VSC)。
根据本发明的一个方面，提供电压源转换器，包括：
用于连接到DC电网络的第一和第二DC端子；
多个单相分支中各连接在第一和第二DC端子之间，并且每个单相分支包括相位元件，每个相位元件包括配置成使DC电压和AC电压互连的至少一个切换元件，每个相位元件的AC侧可以连接到多相AC电网络的相应相；以及
控制器配置成；
接收包括由转换器分别要传递的有功功率和无功功率的期望量的有功功率指令和无功功率命令(order)；
接收多相AC电网络的每相的瞬时电压的测量；
确定每个单相分支的有功和无功相电流参考值，所述相电流参考值独立于所述或每个其它相应的相电流参考值，并定义每个单相分支被要求从AC电网络的对应的相汲取或传递到AC电网络的对应的相的电流以便实现由有功和无功功率命令定义的与AC电网络的有功功率和无功功率交换；
基于接收的有功功率命令、所述瞬时电压测量确定有功相电流参考值，并使用所述有功相电流参考值确定合成的瞬时无功功率；和/或
基于接收的无功功率命令、所述瞬时电压测量确定无功相电流参考值，并使用所述无功相电流参考值确定合成的瞬时有功功率。
用来彼此独立地确定每相的电流参考值以实现有功和无功功率命令的能力，以及据此用来控制和改变这些量的能力允许最佳量的能量在AC和DC电网络之间传递,无论在其下电压源转换器正工作的条件(例如其中在单相分支中流动的电流基本上平衡的正常条件，以及其中在单相分支中流动的电流不平衡的故障条件下)。因此，可以通过利用使用能量(即电流)的最小量的一组电流参考值来满足有功功率命令。无功功率命令可以同样地被实现，导致在瞬态事件期间具有优越稳定性的控制器。
当与电压源转换器连接的AC电网络是弱的时(即AC电网络具有高阻抗和/或其具有低惯性时)，这种功能性是特别有用的。
典型的高阻抗AC电网络出现在高压直流(HVDC)链路中，所述高压直流(HVDC)链路终止于具有低短路容量的弱点。低惯性AC电网络被认为具有有限数量的旋转机器或根本没有旋转机器。这两种弱的AC电网络通常见于向岛供电或连接到风力农场的HVDC链路中。
控制器可以被配置使得基于接收的有功功率命令、所述瞬时电压测量确定有功相电流参考值，并利用所述有功相电流参考值确定合成的瞬时无功功率；以及基于接收的无功功率命令、所述瞬时电压测量确定无功相电流参考值，并利用所述无功相电流参考值确定合成的瞬时有功功率。以这种方式针对有功和无功功率命令确定每相的相电流值是有利的。
控制器可以被配置使得选择有功相电流参考值，使得根据有功相电流参考值确定的瞬时无功功率基本为零。这是有利的，因为基于瞬时功率理论，当产生的无功功率流为零时，用来满足有功功率命令所要求的相上的最小有功电流被实现。可以计算无功功率并且因此，对于一组有功电流参考值，可以确定无功功率何时为零(或基本上为零)据此导致用来满足有功功率命令的最小电流量。
控制器可以被配置使得根据以下等式确定n个相中的每相i的有功相电流参考值
Figure GDA0002513068140000021
Figure GDA0002513068140000031
其中，Porder包括有功功率命令，Vi_pcc(t)包括对于其计算有功相电流的相的瞬时电压，以及
Figure GDA0002513068140000032
表示多相AC电网络的相的每个瞬时电压测量的平方和。以这种方式有功电流参考值的计算也有利地保持与AC网络的同步。
对于包括a，b和c三相的AC电网络，根据以下等式确定每相的有功相电流参考值
Figure GDA0002513068140000033
其中i＝a，i＝b和i＝c；
Figure GDA0002513068140000034
Figure GDA0002513068140000035
Figure GDA0002513068140000036
其中，Porder包括有功功率命令，以及Va_pcc，Vb_pcc和Vc_pcc包括每相的瞬时电压测量。
控制器可以被配置使得选择无功相电流参考值，使得根据无功相电流参考值确定的瞬时有功功率基本上为零。这是有利的，因为基于瞬时功率理论，当产生的有功功率流为零时，用来满足无功功率命令所要求的相上的最小无功电流被实现。可以计算有功功率并且因此，对于每相的一组无功电流参考值，可以确定有功功率何时为零(或基本为零)据此导致用来满足无功功率指令的最小电流量。
对于包括a，b和c三相的AC电网络，控制器可以被配置使得每相的无功相电流参考值
Figure GDA0002513068140000037
被计算如下，其中，i＝a，b或c：
Figure GDA0002513068140000038
Figure GDA0002513068140000039
Figure GDA00025130681400000310
其中，Qorder包括无功功率命令，以及Vab_pcc，Vbc_pcc和Vca_pcc包括分别在相a和相b、相b和相c以及相c和相a之间的瞬时电压测量。
对于具有a，b和c三相的AC电网络，控制器可以被配置成确定每相的无功相电流参考值
Figure GDA0002513068140000041
被计算如下：
Figure GDA0002513068140000042
Figure GDA0002513068140000043
Figure GDA0002513068140000044
其中，Qorder包括无功功率命令，以及Vxy_pcc(t)包括测量的相x的瞬时电压和测量的相y的瞬时电压之间的差，并且其中x和y表示AC电网络的不同相组合，对于三相网络，其包括ab，bc和ca。
控制器可以被配置成组合每个单相分支的有功相电流参考值和对应的无功相电流参考值以便为所述单相分支确定控制信号。对于特定相的有功和无功电流参考值可以被加在一起。
控制器可以被配置成基于给电压源转换器的输入电压的谐波含量的确定来确定每个单相分支的谐波电流参考值，所述谐波电流参考值独立于所述或每个其它谐波电流参考值而确定，并且其具有与所述确定的谐波含量基本相等的幅值和相反的相。
控制器可以被配置成组合每个单相分支的有功电流参考值、无功相电流参考值和谐波电流参考值以为所述单相分支确定控制信号。
控制器可以被配置成确定多相AC电网络的每相的瞬时有功电流，所述控制器被配置成在为所述单相分支确定控制信号中为每相确定所确定的有功电流参考值和对应的瞬时有功电流测量之间的差。
控制器可以被配置成确定多相AC电网络的每相的瞬时无功电流，所述控制器被配置成在为所述单相分支确定控制信号中为每相确定所确定的无功电流参考值和对应的瞬时无功电流测量之间的差。
控制器可以被配置成使用拉格朗日乘数的方法；
a)用来确定满足有功功率命令并且导致最小无功功率的有功电流参考值；和/或
b)用来确定满足无功功率命令并且导致最小有功功率的无功电流参考值。
拉格朗日乘数的使用是一种用于确定满足下列条件的每相电流参考值有利的数学技术：i)满足相关联的功率命令，以及ii)对于有功电流参考值最小化无功功率，并对于无功电流参考值最小化有功功率。应当理解，可以使用其它数学技术以便给定上述条件确定相的一组电流参考值。
控制器可以被配置成接收多相AC电网络的每相的瞬时电压和电流的测量，并利用这些测量来计算由有功相电流参考值引起的合成的瞬时无功功率。控制器可以被配置成接收多相AC电网络的每相的瞬时电压和电流的测量，并利用这些测量来计算由无功相电流参考值引起的合成的瞬时有功功率。
控制器可以被配置成在公共耦合点处测量多相AC电网络的每相的瞬时电压。
每个单相分支可以包括至少两个(或多个)相位元件。
根据本发明的第二方面，我们提供一种包括第一方面的电压源转换器的电气分配网络。所述电气分配网络可以另外包括线路换向转换器。
根据本发明的第三方面，我们提供一种操作电压源转换器的方法，所述电压源转换器包括用于连接到DC电网络的第一和第二DC端子，每个都连接在第一和第二DC端子之间的多个单相分支，并且每个单相分支包括相位元件，每个相位元件包括被配置成使DC电压和AC电压互连的至少一个切换元件，每个相位元件的AC侧可以连接到多相AC电网络的相应相；所述方法包括下列步骤；
接收包括由所述转换器分别传递的有功功率和无功功率的期望量的有功功率指令和无功功率指令；
接收多相AC电网络的每相的瞬时电压的测量；
确定每个单相分支的有功和无功相电流参考值，其独立于所述或每个其它相应的相电流参考值，并定义每个单相分支被要求从AC电网络的相对应的相汲取的或传递到AC电网络的相对应的相所要求的电流以便实现由有功和无功功率命令定义的与AC电网络的有功功率和无功功率交换；其中
基于接收的有功功率命令、所述瞬时电压测量确定有功相电流参考值，并使用所述有功相电流参考值确定合成的瞬时无功功率；和/或
基于接收的无功功率命令、所述瞬时电压测量确定无功相电流参考值，并使用所述无功相电流参考值确定合成的瞬时有功功率。
现参照以下附图，通过非限制性示例，进行本发明的优选实施例的下面简要描述，其中：
图1示出了包括根据本发明第一实施例的位于相应的AC和DC电网络之间的电压源转换器的功率传输网络的示意图；
图2示出了相对应于图1所示的包括控制器的功率传输网络的AC侧的等效电路的示意图；
图3示出了控制器的第一实施例的示意图；以及
图4示出了控制器的第二实施例的示意图。
根据本发明第一实施例的电压源转换器由参考数字10表示，并在图1中示出。
电压源转换器10位于功率传输网络12内，并且更具体地互连相应的AC和DC电网络14、16。在所示的实施例中，AC电网络14为三相a、b、c网络，尽管通过根据本发明的电压源转换器也可以适应具有少于或多于三相的AC电网络。另外，AC电网络具有高等效阻抗18(如图2所示)，在这个意义上，其是弱的。
如果AC电网络14具有低惯性(即如果其易受频率变化的影响，例如如果从网络14中移除发电机)，则AC电网络14也可以被认为是弱的。如果在短线路或非常长的线路中连接有很少的发电机，则通常会出现这种低惯性网络。
在任何这种情况下，可以与弱AC电网络交换的有功(即实际)功率的等级，与可以与强AC电网络14(即，具有低得多的等效阻抗和/或高得多的惯性的AC电网络14)交换的有功功率相比减少。然而，本发明的电压源转换器10可以与弱和强的AC电网络14一起操作。
在所示的实施例中，电压源转换器10通过变压器20与AC电网络14连接，所述变压器20引起变压器阻抗，所述阻抗在图2所示的等效电路中由电感器21表示。电压源转换器10不需要总是经由变压器20与AC电网络14连接。在任何情况下，电压源转换器10和AC电网络14之间的连接在它们之间定义了公共耦合点(PCC)22。
电压源转换器10本身包括在使用中连接到DC电网络16的第一和第二DC端子24、26。电压源转换器10还包括三个单相分支28(在图1仅示意性地示出其中一个)。每个单相分支可以被认为包括两个分支部分，所述两个分支部分连接到第一和第二DC端子24、26中的相应的一个，其中所述分支部分的它们的其他端连接到关联相的AC端子34。每个单相分支部分包括相位元件30，在所示的实施例中，所述相位元件30包括被配置成将DC电网络16的DC电压Vdc与AC电网络14的AC电压互连的单个切换元件32。更具体地，在使用中，每个相位元件30的AC侧34经由变压器阻抗(即，等效电感器21)连接到AC电网络14的相应的相a、b、c，并且每个单相分支28连接在第一和第二DC端子24、26之间。在本发明的其它实施例(未示出)中，一个或多个相位元件30可以包括多于一个切换元件32，诸如至少两个切换元件，并且在更进一步的实施例中，一个或多个相位元件30可以另外包括例如以电容器的形式的能量存储装置。本领域技术人员将理解，可以使用半桥和/或全桥结构。此外，如本领域技术人员已知的，每个分支28或者更具体地分支部分可以包括至少一个相位元件或形成串联连接的相位元件链的多个相位元件。
如图2中示意性地示出以及图3和图4中详细示出的,电压源转换器10还包括控制器36。控制器36可以是用于控制转换器10的控制系统的一部分。因此，其它参数例如用于控制转换器10的操作的测量和/或命令可以由图2中未示出的控制系统的部分来确定。
如参考图3和图4将在下面更详细地描述的，控制器36包括被配置成确定每相的参考电流以满足功率需求的参考相电流确定块38。每相的参考电流彼此独立地计算，并且还独立于有功功率命令和单独的无功功率命令。据此，这实现从多相AC电网络汲取的至少一个相电流的修改而不影响其它相电流。这提供了具有容易地从多相AC电网络中汲取宽范围的相电流组合的能力的电压源转换器。
由块38确定的每相的参考电流IrefA、IrefB、IrefC被供应给相应的个别的相控制块40a、40b和40c。相控制块40a、40b、40c还接收在PCC 22处的每个电网相的瞬时电压Va、Vb、Vc以及每相的瞬时电流Ia、Ib、Ic的测量。利用这些值，每个相控制块40a、40b、40c确定每相的相控制信号，所述相控制信号独立于每个其它相的相控制信号。每相的相控制信号Vconva、Vconvb、Vconvc被供应给转换器10，或更具体地供应给控制系统的另一部分。因此，如本领域技术人员已知的，可以使用切换控制模块(未示出)来切换所示切换元件32，以生成或合成(synthesize)由相控制信号Vconva、Vconvb、Vconvc确定的电压。
图3示意性地示出了控制器36，和特别地参考相电流确定块38的实施例。控制器36分为三部分；第一部分40、第二部分42和第三部分44。将被理解，将控制器划分为这些部分可以是为了说明的目的，并且可以不反映控制器36的实际实现。
第一部分40通常示出了控制器的外部控制循环41，其被配置成除其它参数外确定有功功率命令Porder。所述有功功率命令包括转换器应在AC和DC电网络14，16之间传递的有功功率或实际功率的量。在转换器作为逆变器并据此将DC能量转换为AC能量的情况下，有功功率命令可以是可用的DC功率。功率命令通常包括在任何时间点将被传递到AC网络14和/或从AC网络14传递并在PCC22处“注入”的电功率的期望量。
第一部分40还确定无功功率或虚拟功率(imaginarypower)命令Qorder。所述无功功率命令包括转换器应在AC电网络14的相之间交换的无功功率的量。在实际系统中，AC网络的损耗和低强度导致对于不同的有功功率命令的转换器输出电压中的变化。可以选择无功功率命令以确保转换器10的电压输出基本上恒定而不贡献给有功功率流。
功率命令计算块41基于由需求块46、测量块48和反馈50确定的值的至少一些来确定有功功率命令Porder和无功功率命令Qorder。需求块46提供DC电压需求Vdc，AC电压需求Vac，DC功率需求Pdc和标称无功功率需求Qnominal。测量块48提供DC电压的测量和DC电流的测量。需求块46可以计算或被供应有来自控制系统的不同部分的需求值。所述测量可以由测量块48进行或从控制系统的另一部分接收。反馈包括如根据在PCC22处的瞬时电压和电流的测量确定的瞬时有功功率Ppcc和瞬时无功功率Qpcc，并如将在以下相对于第二级42被描述的。
控制器36尤其涉及如何实现由第二和第三部分42、44执行的有功功率命令和无功功率命令。
第二部分42包括四个计算块52、54、56、58。每个计算块52、54、56、58接收在公共耦合点22处的每相的瞬时电压Va_pcc、Vb_pcc和Vc_pcc的测量以及在公共耦合点22处的每相电流Ia、Ib、Ic的测量。计算块包括；瞬时有功功率计算块52、瞬时无功功率计算块54、瞬时有功电流计算块56和瞬时无功电流计算块58。
块52通过以下等式确定瞬时有功功率Ppcc(t)：
Ppcc(t)＝Va_pcc(t).Ia(t)+Vb_pcc(t).Ib(t)+Vc_pcc(t).Ic(t)
其中，Vx_pcc(t)包括对于相a、b或c中的一个到地的所测量的瞬时电压，并且Ix(t)包括对于相a、b或c中的一个所测量的电流。对于相a、b或c中的一个所测量的瞬时电压包括：
Figure GDA0002513068140000091
Figure GDA0002513068140000092
Figure GDA0002513068140000093
其中，Va、Vb和Vc是相电压Vx_pcc的均方值，对于三相网络，θ＝120°。
块54通过以下等式确定瞬时无功功率Qpcc(t)：
Figure GDA0002513068140000094
其中，Vxy_pcc(t)包括相x所测量的瞬时电压和相y所测量的瞬时电压之间的差，并且其中x和y表示AC电网络的不同相的组合。在这个实施例中，其包括相a、b和c(导致xy包括ab、bc、ca)。
块56根据以下等式确定每相的瞬时有功电流Ip_a(t)、Ip_b(t)、Ip_c(t)：
Figure GDA0002513068140000095
块56根据以下等式确定每相的瞬时无功电流Iq_a(t)、Iq_b(t)、Iq_c(t)：
Figure GDA0002513068140000101
瞬时有功功率计算块52和瞬时无功功率计算块54将它们的输出作为反馈50提供给第一部分40。瞬时有功电流计算块56和瞬时无功电流计算块58向第三部分44提供它们的输出。
因此，第三部分44接收通过由第一部分40表示的外部控制循环41所确定的有功功率命令Porder和无功功率命令Qorder，和由部分42所确定的瞬时有功功率和瞬时无功功率。另外，第三部分44还接收如从PCC 22所确定的每相的瞬时电压测量Va_pcc、Vb_pcc和Vc_pcc。
第三部分44包括瞬时有功电流参考发生器60和瞬时无功电流参考发生器62。
电流参考发生器60、62确定如何实现在第一部分40中所确定的有功和无功功率命令。应当理解，由于转换器10的每相分支28的独立控制，有多个相上的相电流值的许多个排列将满足功率命令。通过电流参考发生器60、62来执行用来实现功率命令的所预期的相电流的选择。已经发现，用来实现功率命令的相电流的特定选择可以导致高效的转换器和控制方案，以及在AC网络14中尽管严重干扰下仍能够可靠地操作的转换器。如果AC网络14是弱的，这是有利的。已经确定，在电压稳定性尤为重要的条件下，用来满足功率命令的相电流的最小瞬时值将在整个AC连接电网中引起最小电压变化。
有功电流参考发生器60接收有功功率命令Porder和每相的瞬时电压测量Va_pcc、Vb_pcc和Vc_pcc。确定每相的有功电流参考值从而最小化总数相上的总电流。这通过选择使PCC22处的无功功率最小化的有功电流参考值来实现。具体地，选择有功电流参考值，使得满足有功功率命令Porder而不在PCC 22处提供任何无功功率。这可以通过本领域技术人员已知的优化方法(例如拉格朗日方法)来确定。已确定，以下等式产生这种一组有功电流参考值
Figure GDA0002513068140000102
Figure GDA0002513068140000103
Figure GDA0002513068140000111
Figure GDA0002513068140000112
Figure GDA0002513068140000113
应当理解，虽然在这个实施例中有功电流参考值的选择基于在PCC 22处提供基本上为0的无功功率，但在其它实施例中，所述有功电流参考发生器60可以被配置成在PCC处保持通过选择有功电流参考值而产生的无功功率低于“无功”阈值。因此，上述等式基于等于零的无功功率的计算来导出，尽管控制器可以替代地被配置成利用预定的无功阈值并选择提供低于所述无功阈值的无功功率的有功电流参考值。应当理解，在任一种情况下，有功电流参考值的确定基于将由使用有功电流参考值而产生的无功功率的确定(限制为零或低于阈值)。
无功电流参考发生器62接收无功功率命令Qorder和每相的瞬时电压测量Va_pcc、Vb_pcc和Vc_pcc。确定每相的无功电流参考值从而最小化总数相上的总电流，同时满足无功功率命令。这通过选择使PCC22处的有功功率最小化为零或接近零的无功电流参考值来实现。具体地，选择无功电流参考值，使得满足无功功率命令Qorder而不在PCC 22处提供任何有功功率。这可以通过本领域技术人员已知的优化方法(例如拉格朗日方法)来确定。已确定，以下等式产生这样的一组无功电流参考值
Figure GDA0002513068140000114
Figure GDA0002513068140000115
Figure GDA0002513068140000116
Figure GDA0002513068140000117
应当理解，虽然在这个实施例中无功电流参考值的选择基于在PCC 22处提供基本为零的有功功率，但在其它实施例中，所述无功电流参考发生器62可以被配置成在PCC处保持通过选择无功电流参考值而产生的有功功率低于阈值。因此，上述等式是基于等于零的有功功率的计算导出的，尽管控制器可以替代地被配置成利用预定的有功阈值并选择提供低于所述有功阈值的有功功率的无功电流参考值。应当理解，在任一种情况下，无功电流参考值的确定基于将由使用无功电流参考值而产生的有功功率的确定(限制为零或低于阈值)。
选择这些有功和无功电流参考值以满足有功和无功功率命令是有利的。可以证明，使用有功电流参考值，由转换器10仅传递有功功率以满足有功功率命令。同样，可以证明，使用无功电流参考值，由转换器10仅传递无功功率以满足无功功率命令。已发现这用来改进转换器的稳定性。
有功电流参考值因此包括对于每相a、b、c独立确定的有功电流参考值。无功电流参考值因此包括对于每相a、b、c独立确定的无功电流参考值。
差分块(difference block)64为相对应的相提供所确定的有功电流参考值与相对应的瞬时有功电流值之间的差。差分块66为相对应的相提供所确定的无功电流参考值与相对应的瞬时无功电流值之间的差。差分块64、66为每一相提供该差。
利用这种方法，VSC转换器10以与同步机器的操作类似的方式保持与AC网络14同步。在AC系统中，同步机器通过瞬时功率传递和这些电流在电枢中的反应来保持同步，以连续地校准转子角度。在该控制器中，功率传递涉及未知的并且由互连网络而不是使用锁相环(PLL)来确定的电流。已知无功功率对网络功率无贡献，并且实际上，其将仅调整电压，这又将引起电流的调整，将功率保持在设定的等级。因此，控制器能够保持与AC网络14的同步。
来自差分块64的“有功”差被提供给有功相指令块68，所述有功相指令块68被示出为单个块但包括用于每相的块。同样，来自差分块66的“无功”差被提供给无功相指令块70，所述无功相指令块70也包括用于每相的块。这些用于每相的指令块体现为比例-积分(PI)控制器、比例-谐振(PR)控制器或任何其它适合的控制器。指令块68、70包括三个有功相指令块和三个无功相指令块。块68和70被配置成确定每个差随时间的变化，并为每相和每个有功和无功功率命令生成转换器参考电压。
求和块72接收用于有功功率命令的三相的转换器参考电压和用于无功功率命令的三相的转换器参考电压。块72还接收每相的瞬时电压测量Va_pcc、Vb_pcc和Vc_pcc。对于每一相，求和块对相对应的有功转换器参考电压，相对应的无功转换器参考电压和相对应的瞬时电压测量求和。这次求和的结果为每相提供相控制信号Vconva、Vconvb、Vconvc，所述相控制信号由控制系统的另外部分使用。例如，控制系统的另外部分可以控制与相控制信号的相对应的分支中的切换元件32的求和方案。
图4示意性地示出了控制器36，并且尤其示出参考相电流确定块38的第二实施例。与第一实施例类似，控制器36分为三个部分；第一部分40、第二部分42和第三部分44。应当理解，将控制器划分为这些部分可以是为了说明的目的，并且可以并不反映控制器36的实际实现。相似的参考数字已被用于相同的部件，并且因此将仅描述第二实施例与第一实施例之间的差异。
第一部分40与第一实施例相同。在该实施例中，第二部分42除了不存在瞬时有功电流计算块56和瞬时无功电流计算块58之外是基本上相同的。因此，瞬时有功和无功电流不被传递到第三部分44。
第三部分44包括瞬时有功电流参考发生器60和瞬时无功电流参考发生器62。发生器60和62如关于第一实施例所讨论的那样操作。
第三部分44的不同之处在于，对于每个单独相，求和块74对有功电流参考值和无功电流参考值求和。然后，对于每个单独相，差分块76计算求和的(有功和无功)电流参考值和在PCC22处的相对应的相电流的测量之间的差。
第三部分44包括三个相指令块78，所述相指令块78被示为单个块但包括用于每相的块。每个相指令块从差分块76接收对应于它的相的差以及在PCC 22处的相对应的相电压的测量。然后，每个相指令块78生成它的相的相控制信号Vconva，b，c，其由控制系统的另外部分使用，如上所述。这些指令块78可以体现为本领域技术人员已知的比例-谐振(PR)控制器或离散时间滑动(sliding)模式控制(DSMC)，或通过任何其它适合的控制器来体现。
控制器36的另一方面可以是要补偿谐波元件。具体地，通过测量或预测谐波电流注入，控制器36可以被配置成补偿由饱和变压器或附近的LCC转换器引起的失真。这可以通过谐波控制块(未示出)来实现，其对以上所确定的相电流应用修改，从而包括相同幅值水平但是相位相反的谐波分量，以抵消任何谐波失真并改进换向电压的质量。这可以辅助LCC转换器以较少的换向故障来恢复。在这种情况下，VSC转换器10可以被认为是除了交换有功和无功功率之外还充当有源滤波器。
应当理解，本文所描述的实施例适用于任何类型的电压源转换器。

Claims (15)

1.一种电压源转换器，包括：
用于连接到DC电网络的第一DC端子和第二DC端子；
多个单相分支，每个单相分支包括第一分支部分和第二分支部分，所述分支部分连接到所述第一DC端子和所述第二DC端子中的一个，并连接到能够与多相AC电网络中的相应的相连接的AC相端子，所述第一分支部分和所述第二分支部分中的每个包含相元件，每个相元件包含配置成使DC电压和AC电压互连的至少一个开关元件；以及
控制器，所述控制器配置成：
接收包括由所述转换器分别要传递的有功功率和无功功率的预期量的有功功率命令和无功功率命令；
接收所述多相AC电网络中的每相的瞬时电压的测量；
确定每个单相分支的有功和无功相电流参考值，其独立于每个其它相应的相电流参考值，并限定要求每个单相分支从所述AC电网络中的对应的相汲取或传递到所述AC电网络中的对应的相的电流以便实现由所述有功功率命令和所述无功功率命令限定的与所述AC电网络的有功功率交换和无功功率交换；
基于所接收的有功功率命令、所述瞬时电压测量而确定所述有功相电流参考值，并使用所述有功相电流参考值来确定因此产生的瞬时无功功率；和/或
基于所接收的无功功率命令、所述瞬时电压测量而确定所述无功相电流参考值，并使用所述无功相电流参考值来确定因此产生的瞬时有功功率。
2.根据权利要求1所述的电压源转换器，其中选择所述有功相电流参考值，使得根据所述有功相电流参考值确定的所述瞬时无功功率基本为零。
3.根据权利要求1或2所述的电压源转换器，其中根据以下等式确定n个相中的每个相i的所述有功相电流参考值
Figure FDA0002330985430000011
Figure FDA0002330985430000012
其中Porder包括所述有功功率命令，Vi_pcc(t)包括对于其计算所述有功相电流的所述相的所述瞬时电压，以及
Figure FDA0002330985430000013
表示所述多相AC电网络中的所述相的所述瞬时电压测量中的每个的平方和。
4.根据权利要求1-2中的任一项所述的电压源转换器，其中选择所述无功相电流参考值，使得根据所述无功相电流参考值确定的所述瞬时有功功率基本为零。
5.根据权利要求1-2中的任一项所述的电压源转换器，其中对于包括a、b和c三相的AC电网络，所述三相中的每个的所述无功相电流参考值
Figure FDA0002330985430000021
通过下式被给出：
Figure FDA0002330985430000022
Figure FDA0002330985430000023
Figure FDA0002330985430000024
其中Qorder包括所述无功功率命令，并且Vab_pcc、Vbc_pcc和Vca_pcc包括分别在相a和相b之间、在相b和相c之间以及在相c和相a之间的瞬时电压测量。
6.根据权利要求1-2中的任一项所述的电压源转换器，其中所述控制器配置成组合每个单相分支的所述有功相电流参考值和所述无功相电流参考值，以确定用于每个所述单相分支的控制信号。
7.根据权利要求1所述的电压源转换器，其中所述控制器配置成：
基于对所述电压源转换器的输入电压的谐波含量的确定来确定每个单相分支的谐波电流参考值，所述谐波电流参考值独立于每个其它谐波电流参考而确定，并且其具有与所述确定的谐波含量基本相等的幅值和相反的相位。
8.根据权利要求7所述的电压源转换器，其中所述控制器配置成组合每个单相分支的所述有功电流参考值、所述无功相电流参考值和所述谐波电流参考值，以确定用于所述单相分支的控制信号。
9.根据权利要求1-2中的任一项所述的电压源转换器，其中所述控制器配置成确定所述多相AC电网络中的每相的瞬时有功电流，所述控制器配置成在确定用于所述单相分支的控制信号中确定每相的所确定的有功电流参考值与对应的瞬时有功电流测量之间的差。
10.根据权利要求1-2中的任一项所述的电压源转换器，其中所述控制器配置成确定所述多相AC电网络中的每相的瞬时无功电流，所述控制器配置成在确定用于所述单相分支的控制信号中确定每相的所确定的无功电流参考值和对应的瞬时无功电流测量之间的差。
11.根据权利要求1所述的电压源转换器，其中所述控制器配置成接收所述多相AC电网络中的每相的所述瞬时电压的测量，并使用这些测量来计算由所述有功相电流参考值引起的因此产生的瞬时无功功率。
12.根据权利要求1所述的电压源转换器，其中所述控制器配置成接收所述多相AC电网络中的每相的所述瞬时电压的测量，并使用这些测量来计算因所述无功相电流参考值引起的因此产生的瞬时有功功率。
13.根据权利要求1-2中的任一项所述的电压源转换器，其中所述控制器配置成使用拉格朗日乘数方法：
a)用来确定满足所述有功功率命令并且引起最小无功功率的所述有功电流参考值；和/或
b)用来确定满足所述无功功率命令并且引起最小有功功率的所述无功电流参考值。
14.根据权利要求1-2中的任一项所述的电压源转换器，其中所述控制器配置成在公共耦合点处测量所述多相AC电网络中的每相的所述瞬时电压。
15.一种电气分配网络，所述电气分配网络包含如权利要求1至14中的任一项所述的电压源转换器。
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