CN107667465A - 控制换流器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种控制换流器的方法，所述换流器包括用于连接到DC网络的第一和第二DC端子，所述换流器包括连接于所述第一与所述第二DC端子之间的至少一个分支，所述至少一个或每一分支包括：相元件，其具有多个切换元件和用于连接到AC网络的至少一个AC端子，所述多个切换元件被配置成可切换以选择性地互连所述相元件的DC侧处的DC侧电压和所述相元件的AC侧处的AC侧电压；第一子换流器，其在电力块中与所述相元件的所述DC侧串联连接，所述第一子换流器被配置成可受控制以充当第一电压源；以及第二子换流器，其与所述电力块并联连接，所述第二子换流器被配置成可受控制以充当第二电压源。所述方法包括如下步骤：(a)获得所述对应分支需要跟踪的所述DC侧电压的相应DC侧电压需求(HB_A、HB_B、HB_C)，和所述换流器需要跟踪的跨越所述第一DC端子和所述第二DC端子的DC换流器电压的DC换流器电压需求(Vdc)；(b)确定每一子换流器必须贡献以跟踪所述对应所要求DC侧电压和DC换流器电压需求(HB_A、HB_B、HB_C、Vdc)的所述子换流器的子换流器电压；(c)将每一子换流器控制为所述相应电压源以实现所述对应所确定子换流器电压；以及(d)进行数学优化以确定一个或多个最佳子换流器电压。

Description

控制换流器的方法
技术领域
本发明涉及换流器的控制方法和换流器。
背景技术
在高电压直流电(HVDC)电力传输网络中，通常将交流电(AC)电力转换成直流电(DC)电力以用于经由架空线、海底电缆和/或地下电缆进行传输。此转换免去了补偿由电力传输介质，即输电线或电缆带来的AC电容负载效应的必要，并减少了每千米输电线和/或电缆的成本，且因此当需要远距离传输电力时变得经济合算。
当有必要互连DC网络与AC网络时，在电力传输网络中利用DC电力与AC电力之间的转换。在任何此电力传输网络中，在AC电力与DC电力之间的每一连接处要求换流器以实现所要求转换，例如AC到DC转换或DC到AC转换。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种控制换流器的方法，所述换流器包括用于连接到DC网络的第一和第二DC端子，所述换流器包括连接于所述第一DC端子与所述第二DC端子之间的至少一个分支，所述至少一个或每一分支包括：
相元件(a phase element)，其具有多个切换元件(switching elements)和用于连接到AC网络的至少一个AC端子，所述多个切换元件被配置成可切换以选择性地互连所述相元件的DC侧处的DC侧电压和所述相元件的AC侧处的AC侧电压；
第一子换流器(a first sub-converter connected)，其在电力块(electricalblock)中与所述相元件的所述DC侧串联连接，所述第一子换流器被配置成可受控制以充当第一电压源；以及
第二子换流器(a second sub-converter)，其与所述电力块并联连接，所述第二子换流器被配置成可受控制以充当第二电压源，
其中所述方法包括如下步骤：
(a)获得所述对应分支需要跟踪的所述DC侧电压的相应DC侧电压需求，和所述换流器需要跟踪的跨越所述第一DC端子和所述第二DC端子的DC换流器电压的DC换流器电压需求；
(b)确定每一子换流器必须贡献以跟踪所述对应所要求DC侧电压和DC换流器电压需求的所述子换流器的子换流器电压；
(c)将每一子换流器控制为所述相应电压源以实现所述对应所确定子换流器电压；以及
(d)进行数学优化以确定一个或多个最佳子换流器电压。
进行前述数学优化步骤，即从一组可用替代物选择最佳子换流器电压(相对于选择准则或约束条件)允许瞬时计算出最佳子换流器电压，以满足设计成维持换流器在其标称电压和电流额定值内的操作的数个准则或约束条件，同时满足指定AC和DC侧电力质量要求。
另外，本发明的方法还准许当在异常条件下继续操作换流器整体时或换流器经历正常操作条件的动态变化时，容易地调整所述至少一个或每一分支的执行方式的变化。当换流器在异常操作条件下的操作变得可能导致缺乏关于换流器的电压条件的的充分信息并借此引起换流器的不可靠操作时，对所述或每一分支的此类执行方式变化是特别有利的。
本发明的方法可扩展到换流器的其它拓扑结构。
在本发明的实施例中，所述至少一个或每一分支可进一步包括与所述对应第一子换流器串联连接的第三子换流器(a third sub-converter)，所述或每一第三子换流器被配置成可受控制以充当第三电压源，且所述或每一第二子换流器连接到所述对应第一子换流器与所述第三子换流器之间的共同连接点以形成“T”形布置。
在本发明的其它实施例中，所述换流器可包括串联连接在所述第一DC端子与所述第二DC端子之间的多个分支。
在利用一个或多个第三子换流器的用途的本发明的实施例中，所述至少一个分支的所述相元件可包括用于连接到多相AC网络的相应相的至少一个AC端子，且所述换流器进一步包括在所述第一DC端子与所述第二DC端子之间与所述至少一个分支串联连接的至少两个额外分支，每一额外分支包括：
相元件，其具有多个切换元件和用于连接到所述多相AC网络的相应相的至少一个AC端子，所述多个切换元件被配置成可切换以选择性地互连所述相元件的DC侧处的DC侧电压和所述相元件的AC侧处的AC侧电压；
第一子换流器，其在电力块中与所述相元件的所述DC侧串联连接，所述第一子换流器被配置成可受控制以充当第一电压源；以及
第二子换流器，其与所述电力块并联连接，所述第二子换流器被配置成可受控制以充当第二电压源，
其中所述分支可串联布置，使得所述至少一个分支的所述第三子换流器直接连接到所述第一DC端子和所述第二DC端子中的一个。
本发明的方法是进一步有利的，这是因为其能灵活地调整对换流器的操作的额外准则或约束条件，借此所述额外准则或约束条件可是永久性的或暂时的。
在一个实例中，本发明的方法准许调适DC侧电压需求以执行所述或每一相元件的切换元件的零(软)电压切换，和/或引入所述或每一相元件的切换元件的较高频率脉宽调制(PWM)切换。
在其它实例中，本发明的方法准许暂时调适电压需求以顺应AC或DC侧电力质量在短时间期间，例如100到200ms内的微小降级，同时对故障作出响应。
控制换流器的方法可进一步包括如下步骤：获得每一子换流器需要跟踪的所述子换流器的相应第一能量管理电压需求，以调节所述对应第一子换流器的能级；以及确定每一子换流器必须贡献以跟踪所述对应所要求第一能量管理电压需求的所述子换流器的子换流器电压。这能提供调节所述对应第一子换流器的能级的可靠方式，所述第一子换流器包括能够选择性地存储和释放能量的一个或多个能量存储装置。
控制换流器的方法可进一步包括如下步骤：获得每一子换流器需要跟踪的所述子换流器的相应第一滤波电压需求，以实现对跨越所述第一DC端子和所述第二DC端子的DC换流器电压的有源滤波；以及确定每一子换流器必须贡献以跟踪所述对应所要求第一滤波电压需求的所述子换流器的子换流器电压。
控制换流器的方法可进一步包括如下步骤：获得所述或每一第一子换流器需要跟踪的所述第一子换流器的相应补偿性电压需求，以补偿所述对应相元件的所述AC侧处生成或吸收的有功功率和/或无功功率变化；以及确定所述或每一第一子换流器必须贡献以跟踪所述对应所要求补偿性电压需求的所述第一子换流器的子换流器电压。
在利用所述或每一第三子换流器的用途的本发明的实施例中，所述方法可进一步包括如下步骤：获得所述或每一第三子换流器需要跟踪的所述第三子换流器的相应第二滤波电压需求，以实现对跨越所述第一DC端子和所述第二DC端子的DC换流器电压的有源滤波；以及确定所述或每一第三子换流器必须贡献以跟踪所述对应所要求第二滤波电压需求的所述第三子换流器的子换流器电压。
在利用所述或每一第三子换流器的用途的本发明的其它实施例中，所述方法可进一步包括如下步骤：获得每一第三子换流器需要跟踪的所述第三子换流器的相应第二能量管理电压需求，以调节所述对应第三子换流器的能级；以及确定每一第三子换流器必须贡献以跟踪所述对应所要求第二能量管理电压需求的所述第三子换流器的子换流器电压。这能提供调节所述对应第三子换流器的能级的可靠方式，所述第三子换流器包括能够选择性地存储和释放能量的一个或多个能量存储装置。
优选地，进行数学优化包括创建表示所述换流器中的电压条件的等效换流器配置。
以前述方式创建等效换流器配置对换流器可受控制的方式强加约束条件，且因此有助于进行数学优化以确定所述或每一最佳子换流器电压。
创建表示所述换流器中的电压条件的等效换流器配置可包括映射用于所述或每一分支的电压源。
映射用于所述至少一个或每一分支的电压源有助于使控制方法适应换流器的给定拓扑结构。
优选地，进行数学优化可包括将电压加权应用于由每一电压源提供的相对电压贡献。
应用此类加权允许进一步调整对所述或每一分支的执行方式的变化，同时能继续最佳化换流器整体的操作。
应用电压加权可包括根据所述换流器的所测量操作参数确定所述或每一电压加权。
以前述方式确定加权允许所述方法考虑可影响换流器的正常操作的环境因素，并变更最佳子换流器电压以努力克服所述环境因素并缓解其对换流器操作的相关联影响。此类环境因素的实例包括分支中的部件热运行，或分支遭受部件损害或故障，使得其性能降级。
当在特定操作条件下控制换流器时，应用电压加权可包括将不同电压加权应用于至少一个电压源，使得所述或每一所述电压源将不同贡献提供到所述其它电压源。
此步骤允许所述方法区分一个电压源与另一电压源，例如根据给定电压源的执行结果的优良程度。
在希望减少给定电压源必须提供的子换流器电压的情形下，例如在故障或其它损害已降级给定电压源的性能的情形下，这是有用的，使得换流器仍能够继续操作并提供高层级电力转换。
所述方法可包括进行数学优化，以确定所述对应子换流器必须贡献以跟踪所述对应所要求电压需求的一个或多个最小个别子换流器电压。
确定一个或多个最小个别子换流器电压准许减少所述或每一对应子换流器的所要求电压额定值。
根据本发明的第二方面，提供一种换流器，其包括用于连接到DC网络的第一和第二DC端子，所述换流器包括连接于所述第一DC端子与所述第二DC端子之间的至少一个分支，所述至少一个或每一分支包括：
相元件，其具有多个切换元件和用于连接到AC网络的至少一个AC端子，所述多个切换元件被配置成可切换以选择性地互连所述相元件的DC侧处的DC侧电压和所述相元件的AC侧处的AC侧电压；
第一子换流器，其在电力块中与所述相元件的所述DC侧串联连接，所述第一子换流器被配置成可受控制以充当第一电压源；以及
第二子换流器，其与所述电力块并联连接，所述第二子换流器被配置成可受控制以充当第二电压源，
其中所述换流器进一步包括被编程以进行如下操作的控制器：
(a)获得所述对应分支需要跟踪的所述DC侧电压的相应DC侧电压需求，和所述换流器需要跟踪的跨越所述第一DC端子和所述第二DC端子的DC换流器电压的DC换流器电压需求；
(b)确定每一子换流器必须贡献以跟踪所述对应所要求DC侧电压和DC换流器电压需求的所述子换流器的子换流器电压；
(c)将每一子换流器控制为所述相应电压源以实现所述对应所确定子换流器电压；以及
(d)进行数学优化以确定一个或多个最佳子换流器电压。
本发明的第一方面的方法的特征和优点及其实施例在进行必要的修改后适用于本发明的第二方面的换流器。
应了解，在本专利说明书中使用术语“第一”、“第二”和“第三”仅仅在于帮助区分相似特征(例如第一、第二和第三子换流器)，且不在于指示一个特征相比于另一特征的相对重要性。
附图说明
现将参考附图借助于非限制性实例来描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1示意性地示出根据本发明的第一实施例的换流器的拓扑结构；
图2a和2b分别示意性地示出4象限双极模块和2象限单极模块；
图3示意性地示出图1的换流器的操作；
图4示出图1的换流器的等效换流器配置的示意性表示；
图5示意性地说明图1的换流器的控制器的示范性布局；
图6到8以图形形式示出图1的换流器的操作；
图9示意性地示出根据本发明的第二实施例的换流器的拓扑结构；
图10示意性地示出图9的换流器的操作；
图11示出图9的换流器的等效换流器配置的示意性表示；
图12示意性地示出图9的换流器的控制器的示范性布局；
图13a到18以图形形式示出图9的换流器的操作；
图19示意性地示出根据本发明的第三实施例的换流器的拓扑结构；
图20示出图19的换流器的等效换流器配置的示意性表示；且
图21示意性地示出图19的换流器的控制器的示范性布局。
具体实施方式
图1中示出根据本发明的第一实施例的换流器，且其整体上由参考编号30标示。
换流器30包括第一DC端子32和第二DC端子34、多个相元件36、多个第一子换流器39和多个第二子换流器38。
每一相元件36包括并联连接的两对串联连接的切换元件40。每对串联连接的切换元件40之间的接合点界定AC端子。每一相元件36的AC端子界定所述相元件36的AC侧42。
在使用中，每一相元件36的AC端子与多个开式次级变压器绕组44中的相应一个互连。每一次级变压器绕组44与多个初级变压器绕组46中的相应一个相互耦合。多个初级变压器绕组46以星形配置连接，其中每一初级变压器绕组46的第一端连接到共同接合点48，且每一初级变压器绕组46的第二端连接到三相AC网络50的相应相。以此方式，在使用中，每一相元件36的AC侧42连接到三相AC网络50的相应相。
共同接合点48界定多个初级变压器绕组46的中性点且接地(未示出)。
每一相元件36的DC侧与多个第一子换流器39中的相应一个串联连接以界定电力块。每一第二子换流器38与电力块中的相应一个并联连接以形成分支。
每一子换流器38、39包括多个模块52。
每一第一子换流器的每一模块52包括两对切换元件54和呈电容器形式的能量存储装置56。在每一第一子换流器38中，所述两对切换元件54以全桥式布置与电容器56并联连接，以界定可提供负电压、零电压或正电压且可在两个方向上传导电流的4象限双极模块，如图2a中所示出。
每一第二子换流器38的每一模块52包括一对切换元件54和呈电容器形式的能量存储装置56。在每一第二子换流器38中，所述对切换元件54以半桥式布置与电容器56并联连接，以界定可提供零电压或正电压且可在两个方向上传导电流的2象限单极模块，如图2b中所示出。
可以设想到，在本发明的其它实施例中，换流器的子换流器中的至少一个的至少一个模块可替换为包括至少一个切换元件和至少一个能量存储装置的另一类型的模块，在所述或每一其它类型的模块中的所述或每一切换元件和所述或每一能量存储装置布置成可组合以选择性地提供电压源。举例来说，第一子换流器的至少一个模块可替换为2象限单极模块和/或第二子换流器的至少一个模块可替换为4象限双极模块。
还可以设想到，在本发明的其它实施例中，换流器的子换流器中的至少一个可包括不同类型的模块的组合，例如包括至少一个4象限双极模块和至少一个2象限单极模块的组合。
多个分支串联连接于第一DC端子32与第二DC端子34之间。在使用中，第一DC端子32和第二DC端子34分别连接到DC网络58的第一端子和第二端子，DC网络58的第一端子承载正DC电压，DC网络58的第二端子承载负DC电压。
如上文阐述的每一分支的配置意味着：在使用中，DC侧电压显现为跨越每一相元件36的并联连接的多对串联连接的切换元件40，即在每一相元件36的DC侧处。
因而，在使用中，每多个切换元件是可切换的以选择性地互连对应相元件36的DC侧处的DC侧电压与对应相元件36的AC侧处的AC侧电压。在示出的实施例中，每一DC侧电压为对应AC侧电压的整流结果，例如正弦波，且反之亦然。
在其它实施例中，可以设想到，每一相元件可包括具有不同配置的多个切换元件以选择性地互连DC侧电压与AC侧电压。
每一切换元件40、54包括单个切换装置。每一切换元件40、54进一步包括与每一切换装置反并联连接的无源电流抑制元件。
每一切换装置呈绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的形式。可以设想到，在本发明的其它实施例中，每一IGBT可替换为门极可关断晶闸管、场效应晶体管、注入增强栅晶体管、集成门极换流晶闸管或任何其它自换流切换装置。每一切换元件中的切换装置的数量可取决于所述切换元件的所要求电压额定值而变化。
每一无源电流抑制元件包括呈二极管形式的无源电流抑制装置。可以设想到，在其它实施例中，每一二极管可替换为能够限制电流流动仅在一个方向上的任何其它装置。每一无源电流抑制元件中的无源电流抑制装置的数量可取决于所述无源电流抑制元件的所要求电压额定值而变化。
可以进一步设想到，在本发明的其它实施例中，每一电容器可替换为能够存储并释放能量的另一类型的能量存储装置，例如燃料电池或电池。
每一子换流器38、39中的多个串联连接的模块52界定链节式换流器。
每一模块52的电容器56通过改变切换元件54的状态而选择性地被旁路或插入到链节式换流器中。此选择性地将电流引导通过电容器56或致使电流绕过电容器56，使得模块52在每一第一子换流器39的状况下提供负电压、零电压或正电压，并使模块52在每一第二子换流器38的状况下提供零电压或正电压。
当模块52中的切换元件54被配置成在模块52中形成短路时，模块52的电容器56被旁路。这致使链节式换流器中的电流穿过所述短路并旁路电容器56，因此模块52提供零电压，即模块52配置成旁路模式。
当模块52中的切换元件54被配置成允许链节式换流器中的电流流入并流出电容器56时，模块52的电容器56插入到链节式换流器中。电容器56接着充电或释放其所存储能量以便提供非零电压，即模块52配置成非旁路模式。
可以设想到，在本发明的其它实施例中，每一模块可替换为包括至少一个切换元件和至少一个能量存储装置的另一类型的模块，所述或每一模块中的所述或每一切换元件和所述或每一能量存储装置能组合以选择性地提供电压源。
链节式换流器的结构准许经由将各自提供其自身的电压的多个模块52的能量存储装置56插入到链节式换流器中而积聚成跨越链节式换流器的组合电压，所述组合电压高于可从链节式换流器的个别模块52中的每一个可获得的电压。以此方式，每一模块52中的每一切换元件54的切换能致使链节式换流器提供步进可变电压源，这准许使用逐步逼近来跨越链节式换流器生成电压波形。因而，每一链节式换流器能够提供多种复杂的电压波形。
第一子换流器39和第二子换流器38的配置能使其分别被控制为第一和第二电压源。
每一分支中的第一子换流器39与相元件36的DC侧的串联连接准许将第一子换流器39控制为第一电压源，以修改对应相元件36的DC侧处的DC侧电压。对相应相元件36的DC侧处的DC侧电压的此修改导致对相应相元件36的AC侧42处的AC侧电压进行对应修改。
每一分支中的第二子换流器38与电力块的并联连接准许将第二子换流器38控制为第二电压源，以修改呈现到DC网络的跨越第一DC端子32和第二DC端子34DC换流器电压的相应部分。
换流器30进一步包括被配置成控制每一子换流器38、39的控制器60。
图3说明控制器60的各种控制功能。
控制器60被进一步配置成选择性地执行第一控制功能，所述第一控制功能选择性地控制每一第一子换流器39以合成至少一个第一电压分量，以便将能量转移到所述第一子换流器39或从其转移能量，并借此调节所述第一子换流器39的能级。
所述或每一第一电压分量合成为具有与流过对应第一子换流器39的电流的电流分量相同的频率，并合成为2次谐波电压分量的正整数倍数。另外，所述或每一第一电压分量合成为与流过所述第一子换流器39的电流的电流分量同相。
控制器60被进一步配置成选择性地控制每一第二子换流器38，以合成与相应第一电压分量反相的第二电压分量。对每一第二子换流器38的控制能确保相应DC侧电压，和相应相元件36的AC侧处的AC电压在生成所述或每一第一电压分量期间保持为未经修改。因此，对每一第一子换流器39的能级调节可在换流器30的操作期间的任何时间处进行，而不会影响AC网络50与DC网络58之间的电力传送。
控制器被进一步配置成选择性地执行第二控制功能，所述第二控制功能选择性地进行以下控制：
●控制每一第二子换流器38以将DC换流器电压的相应部分修改为包括至少两个谐波分量，每一谐波分量为第2次谐波分量的正整数倍(例如，第2、第4、第8、第10等)；
●控制每一第一子换流器39以合成包括至少一个谐波分量的电压波形，所述或每一谐波分量为第6次谐波分量的正整数倍(例如，第6、第12、第18等)。
控制器60被进一步配置成选择性地控制每一第二子换流器38，以将DC换流器电压的相应部分修改为在与DC换流器电压的其它部分成标称120电角度的相位差下进行操作。
同时，进行以下控制：
●控制每一第二子换流器38以将DC换流器电压的相应部分修改为包括至少两个谐波分量，每一谐波分量为第2谐波分量的正整数倍；以及
●控制每一第一子换流器39以合成包括至少一个谐波分量的电压波形，所述或每一谐波分量为第6谐波分量的正整数倍，
使得将相应DC侧电压修改成经偏移整流的正弦波形的近似逼近以用于呈现到相应相元件36的DC侧。这使得能在相元件36的AC侧处以最小谐波失真形成高质量的AC正弦波形。
以上文阐述的方式控制每一子换流器38、39不仅能在DC换流器电压的部分相加时消除谐波分量，因此给跨越第一DC端子32和第二DC端子34带来用于呈现到DC网络58的组合式无纹波DC换流器电压，且还有效地滤波相应DC侧电压中存在的不合需要的纹波谐波分量，所述纹波谐波分量中的每一个为第6谐波分量的正整数倍，并借此防止不合需要的纹波谐波分量出现在呈现到DC网络58的DC换流器电压中。
此外，控制每一第二子换流器38以将DC换流器电压的相应部分修改为包括谐波分量免去了控制每一第一子换流器39，以有效地滤波非第6谐波分量的正整数倍数的不合需要的纹波谐波分量的必要，从而减少了每一第一子换流器39的所要求电压额定值。
控制器60被进一步配置成选择性地执行第三控制功能，所述第三控制功能选择性地控制每一第一子换流器39以生成用于呈现到相应相元件36的DC侧的补偿性DC电压分量，以便补偿由相应相元件36的AC侧处所生成或吸收的有功功率和/或无功功率变化所引起的相应DC侧电压变化，并借此抑制相应DC侧电压变化修改DC换流器电压的相应部分。
当控制换流器30以在其相元件36的AC侧处生成或吸收无功功率(例如，通过切换相元件36的切换元件40)时，每一相元件36的AC侧处的AC电压的量值必须增加或降低。每一相元件36的AC侧处的AC电压的增加或降低又导致呈现到每一相元件36的DC侧的DC侧电压增加或降低，这接着致使DC换流器电压的每一部分增加或降低，并借此改变跨越第一DC端子32和第二DC端子34的DC换流器电压。
为抑制来自修改DC换流器电压的相应部分的相应DC侧电压变化，控制器60控制每一第一子换流器39以生成用于呈现到相应相元件36的DC侧的补偿性DC电压分量，以便补偿由相应相元件36的AC侧处所生成或吸收的无功功率变化所引起的相应DC侧电压变化。
根据第三控制功能来控制每一第一子换流器39能抑制相应相元件36的AC侧处所生成或吸收的无功功率变化可能对DC换流器电压的相应部分产生的任何影响。借此能防止DC换流器电压的相应部分发生任何不合需要的改变，所述改变原本可能由于相应相元件36的AC侧处所生成或吸收的无功功率变化而发生。
因此，换流器30的配置准许换流器30能在对换流器30的DC侧的操作几乎不产生不利影响的情况下以多种有功功率和无功功率操作。
控制器60被进一步配置成实施控制换流器30的第一方法。
所述第一方法包括如下第一步骤：获得对应分支需要跟踪的DC侧电压的相应DC侧电压需求，和换流器30需要跟踪的跨越第一DC端子32和第二DC端子34的DC换流器电压的DC换流器电压需求。
第一步骤进一步包括如下可选子步骤：
●获得子换流器38、39需要跟踪的每一子换流器38、39的相应第一能量管理电压需求，以按照第一控制功能调节对应第一子换流器39的能级；
●获得子换流器38、39需要跟踪的每一子换流器38、39的相应第一滤波电压需求，以按照第二控制功能实现对跨越第一DC端子32和第二DC端子34的DC换流器电压的有源滤波；
●获得第一子换流器39需要跟踪的每一第一子换流器39的相应补偿性电压需求，以按照第三控制功能生成补偿性DC电压分量。
第一方法还包括如下第二步骤：确定子换流器38、39必须贡献以跟踪对应所要求电压需求的每一子换流器38、39的子换流器电压。
可以直接从较高层级控制器获得所述各种需求。替代地，可以直接从进行其自身的计算的控制器获得所述各种需求。
更具体地说，本发明的第一方法包括进行数学优化以确定数个最佳子换流器电压。
进行此数学优化包括创建表示换流器30中的电压条件的等效换流器配置，如图4中所示出。
在所示出等效换流器配置中，第一子换流器39的子换流器电压分别由SFB_A，SFB_B和SFB_C表示，且第二子换流器38的子换流器电压分别由PHB_A，PHB_B，PHB_C表示。
等效换流器配置还表示每一分支需要跟踪，例如尽可能接近地匹配的相应DC侧电压HB_A，HB_B，HB_C，和换流器30需要跟踪的DC换流器电压需求Vdc。
创建表示换流器30中的电压条件的等效换流器配置另外包括映射电压源。
可映射电压源的一种方式是通过进行等效换流器配置的基尔霍夫分析以获得以下方程式：
HB_A＝SFB_AFilt_Q+PHB_AFilt_Q
HB_B＝SFB_BFilt_Q+PHB_BFilt_Q
HB_C＝SFB_CFilt_Q+PHB_CFilt_Q
SFB_A＝SFB_AFilt_Q-Venergy_A
SFB_B＝SFB_BFilt_Q-Venergy_B
SFB_C＝SFB_CFilt_Q-Venergy_C
PHB_A＝PHB_AFilt_Q+Venergy_A
PHB_B＝PHB_BFilt_Q+Venergy_B
PHB_C＝PHB_CFilt_Q+Venergy_C
Vdc＝PHB_A+PHB_B+PHB_C
Venergy_A、Venergy_B、Venergy_C为第一子换流器38和第二子换流器39必须贡献以跟踪对应所要求第一能量管理电压需求的子换流器电压的相应电压分量。
SFB_AFilt_Q、SFB_BFilt_Q、SFB_CFilt_Q为除使得对应分支跟踪对应所要求DC侧电压需求HB_A、HB_B、HB_C且使得换流器30跟踪对应所要求DC换流器电压需求Vdc之外，第一子换流器39需要贡献以跟踪对应所要求滤波和补偿性电压需求的相应子换流器电压。
PHB_AFilt_Q、PHB_BFilt_Q、PHB_CFilt_Q为除使得对应分支跟踪对应所要求DC侧电压需求HB_A、HB_B、HB_C且使得换流器30跟踪对应所要求DC换流器电压需求Vdc之外，第二子换流器38需要贡献以跟踪对应所要求第一滤波电压需求的相应子换流器电压。
接着以矩阵形式表示上文的前述方程式：
A.x＝b
其中
x＝(x1 x2 x3 x4)T
x1＝(PHB_A PHB_B PHB_C)
x2＝(SFB_A SFB_B SFB_C)
x3＝(SFB_AFilt_Q SFB_BFilt_Q SFB_CFilt_Q)
x4＝(PHB_AFilt_Q PHB_BFilt_Q PHB_CFilt_Q)
b＝(b1 b2 b3 Vdc)T
b1＝(HB_A HB_B HB_C)
b2＝(Venergy_A Venergy_B Venergy_C)
b3＝(-Venergy_A -Venergy_B -Venergy_C)
所述矩阵界定表示为线性方程式的等式约束条件，第一方法利用所述等式约束条件，以将通过控制子换流器38、39提供的最佳电压源确定为相应电压源来实现对应所确定子换流器电压。
前述数学优化步骤可包括将电压加权应用于由每一电压源提供的相对电压贡献。用于每一电压源的相应电压加权是根据换流器的所测量操作参数确定的。各种电压加权可以在换流器30的整个操作期间确定，以便准许例如响应于环境条件改变而更新电压加权。如此，各种电压加权可由于换流器30受控制而发生变化。
举例来说，在换流器30的正常操作期间，将相同电压加权应用于每一电压源。然而，当在某些异常操作条件，例如不平衡操作条件下控制换流器30时，将不同电压加权应用于由至少一个电压源提供的电压贡献。
除前述内容之外，第一方法包括进行数学优化，以确定每一对应子换流器38、39必须贡献以跟踪对应所要求电压需求的最小个别子换流器电压。
可确定最小个别子换流器电压并将前述个别电压加权应用于电压源的电压贡献的一种方式为通过求解如下一般形式的非线性优化：
其受制于如下形式的等式约束方程式：
A.x＝b
其中
JVoltage为待最小化的电压目标函数；
Ψ为时间t1处的电压加权；
f为在所描述实施例中包括电压加权矩阵QI的电压成本函数；
x为上文表示的向量；
t0为换流器30的特定控制周期开始的时间；且
t1为换流器30的特定控制周期结束的时间。
电压加权矩阵QI是根据换流器30的所测量操作参数确定的，且可在换流器30的整个操作期间如此确定，使得所述矩阵可由于所述换流器30受控制而响应于换流器30的操作改变发生变化。
在前述步骤之后，接着界定待最小化的电流目标函数J(x)，即
J(x)＝xT.QI.x
按照上文表示为线性方程式的等式约束条件最小化电流目标函数J(x)，其中x为上文表示的向量，且xT为向量x的转置矩阵。
当仅受限于如上所提到的等式约束方程式时，拉格朗日算符(或拉格朗日乘数法)为用于求解上文所识别的非线性优化，以便发现电压目标函数JVoltage与电流目标函数J(x)的局部极小值的技术。也可使用包括迭代和编程算法的其它优化算法进行求解。
作为一般最佳控制问题，前述非线性优化可另外包括一个或多个不等式约束条件，在此状况下可进一步通过使用汉密尔顿函数(庞特里亚金的最小值原理)的方法进行求解。
此不等式约束条件的一个实例为：
其中
C为映射由子换流器38、39提供的最大可能电压范围的矩阵；且
d为表示每一子换流器38、39中的最大所要电压的向量。
在任一状况下，也可通过求解如下形式的非线性优化来确定最小子换流器电压SFB_AFilt_Q，SFB_BFilt_Q，SFB_CFilt_Q，PHB_AFilt_Q，PHB_BFilt_Q，PHB_CFilt_Q：
同时，本发明的第一方法包括如下第三步骤：将每一子换流器38、39控制为相应电压源以实现对应所确定子换流器电压。
图5示意性地说明控制器60的示范性布局。
控制器60包括被配置成接收要求和测量结果，并将有功功率要求Porder和无功功率要求Qorder输出到换流器控制块的外部环路块。换流器控制块还被配置成接收在连接到相元件36的AC侧的共同连接点处所测量的AC相电压Vabc_pcc和AC相电流Iabc_pcc。换流器控制块处理所接收的值以输出AC侧电压需求VconvA，VconvB，VconvC，所述AC侧电压需求接着被转换成对应DC侧电压需求HB_A，HB_B，HB_C。换流器控制块还包括界定所要求第一能量管理电压需求Venergy_A，Venergy_B，Venergy_C的能量管理控制子块。
DC侧电压需求HB_A，HB_B，HB_C和第一能量管理电压需求Venergy_A，Venergy_B，Venergy_C被提供到还接收DC换流器电压需求Vdc的电压映射法(VMM)控制块。VMM控制块确定相应子换流器38、39的所要求电压贡献SFB_AFilt_Q，SFB_BFilt_Q，SFB_CFilt_Q，PHB_AFilt_Q，PHB_BFilt_Q，PHB_CFilt_Q，且接着生成对应电压信号VSFB_A，VSFB_B，VSFB_C，VPHB_A，VPHB_B，VPHB_C，所述信号被传递到负责每一子换流器38、39的每一模块52的切换命令的呈切换算法形式的底层控制环路(未示出)。以此方式，子换流器38、39可操作为其相应电压源以实现对应所确定子换流器电压。
图6以图形形式说明换流器30在平衡操作条件下的操作，其中有功功率需求为1.0PU且无功功率需求为0.4PU。可从图6看到，控制器60能够操作换流器30以维持平衡操作条件所要求的AC和DC换流器电压。
图7以图形形式说明换流器30在不平衡操作条件下的操作，其中AC网络50的相中的一个Phase_A经历接地短路，有功功率需求为0.5PU且无功功率需求为0.4PU。可从图7看到，Phase_A的故障导致对应AC相电压下降，且控制器60能够在不平衡操作条件下继续操作换流器30，同时维持所要求的DC换流器电压。
图8以图形形式说明换流器30的操作，其中相比于其它第二子换流器38动态地减少给定子换流器38的电压贡献(即，通过改变其在电压加权矩阵QI中的权重)。更具体地说，给定子换流器38的电压贡献PHB_B在t＝0.7s到t＝0.72s处减少。可从图8看到，控制器60能够通过增加对应子换流器39的电压贡献SFB_B来补偿给定子换流器38的电压贡献PHB_B的减少来操作换流器30以维持所要求的AC和DC换流器电压。
由此可见，使用第一方法操作图1的换流器30能允许在各种正常和异常操作条件下瞬时计算出最佳子换流器电压，以满足设计成维持换流器30在其标称电压和电流额定值内的操作的数个准则或约束条件，同时满足指定AC和DC侧电力质量要求。
图9中示出根据本发明的第二实施例的换流器，且其整体上由参考编号130标示。图9的换流器130的结构和操作类似于图1的换流器30的结构和操作，且相似特征共用相同参考编号。
图9的换流器130不同于图1的换流器30之处在于图9的换流器130的分支中的一个进一步包括与对应第一子换流器39串联连接的第三子换流器62，其中对应第二子换流器38连接到对应第一子换流器与第三子换流器之间的共同连接点以形成“T”形布置。
在示出的实施例中，分支串联布置，使得第三子换流器直接连接到第一DC端子32。这意味着：跨越第一DC端子32和第二DC端子34的DC换流器电压为第二子换流器38和第三子换流器62的子换流器电压的总和。
可以设想到，在本发明的其它实施例中，第三子换流器62可直接连接到第二DC端子34而非第一DC端子32。
第三子换流器62以相同于上文参考图1的换流器30所描述的每一第一子换流器39的方式在结构和操作上配置成链节式换流器。因此，第三子换流器62被配置成可受控制以充当第三电压源。
图10说明控制器60的控制功能。
控制器60被配置成执行第四控制功能，所述第四控制功能选择性地控制第三子换流器62以合成包括至少一个谐波分量的电压波形，所述或每一谐波分量为第6谐波分量的正整数倍(例如，第6，第12，第18等)。
以此方式控制第三子换流器62能有效地滤除对应DC侧电压中存在的不合需要的纹波谐波分量，所述纹波谐波分量中的每一个为第6谐波分量的正整数倍数，并借此防止不合需要的纹波谐波分量出现在呈现到DC电力网络58的DC换流器电压中。
如果，例如位于“T”形布置的另一侧上的每一第一子换流器39用作谐波滤波器，则将会出现以下状况：不必在控制第三子换流器62以合成一个或多个第6谐波分量的同时控制第二子换流器38中的每一个来合成至少两个第2谐波分量。
将进一步了解，控制器60可被配置成选择性地控制每一第一子换流器39以合成呈第6谐波分量或第6谐波分量的正整数倍形式的一个或多个谐波分量，以便与第三子换流器62分担有源滤波工作。
在直流电存在的情况下生成谐波电压意味着：原则上不存在与第三子换流器62的能量交换，这是因为电压和电流处于不同频率。
然而，控制器60被进一步配置成选择性地控制第三子换流器62以合成至少一个其它电压分量(例如，DC电压分量)，以便将能量转移到第三子换流器62或从其转移能量并借此最小化第三子换流器62的净余能级变化。
以此方式控制第三子换流器62允许注入相对较小DC电压以与流过第三子换流器62的直流电交互，并创建可用于动态稳定和损耗补偿的电力和能量交换机制。
为了补偿第三电压分量对每一分支中的第二子换流器38的影响，控制器60被配置成选择性地控制每一第二子换流器38以合成一个或多个第二电压分量来最小化跨越相应分支的DC电压净余变化，其中所述或每一第二电压分量呈第2谐波分量的形式。
控制器60被进一步配置成实施控制换流器130的第二方法。
所述第二方法包括如下第一步骤：获得对应分支需要跟踪的DC侧电压的相应DC侧电压需求，和换流器130需要跟踪的跨越第一DC端子32和第二DC端子34的DC换流器电压的DC换流器电压需求。
第一步骤进一步包括如下可选子步骤：
●获得子换流器38、39需要跟踪的每一子换流器38、39的相应第一能量管理电压需求，以按照第一控制功能调节对应第一子换流器39的能级；
●获得子换流器38、39需要跟踪的每一子换流器38、39的相应第一滤波电压需求，以按照第二控制功能实现对跨越第一DC端子32和第二DC端子34的DC换流器电压的有源滤波；
●获得第一子换流器39需要跟踪的每一第一子换流器39的相应补偿性电压需求，以按照第三控制功能生成补偿性DC电压分量；
●获得第三子换流器62需要跟踪的第三子换流器62的相应第二滤波电压需求，以按照第四控制功能实现对跨越第一DC端子32和第二DC端子34的DC换流器电压的有源滤波；
●获得第三子换流器62需要跟踪的第三子换流器62的相应第二能量管理电压需求，以按照第四控制功能调节第三子换流器62的能级。
第二方法还包括如下第二步骤：确定子换流器38、39、62必须贡献以跟踪对应所要求的电压需求的每一子换流器38、39、62的子换流器电压。
可以直接从较高层级控制器获得所述各种要求。替代地，可以直接从进行其自身的计算的控制器获得所述各种要求。
更具体地说，本发明的第二方法包括进行数学优化以确定数个最佳子换流器电压。
进行此数学优化包括创建表示换流器130中的电压条件的等效换流器配置，如图11中所示出。
在所示出等效换流器配置中，第一子换流器39的子换流器电压分别由SFB_A，SFB_B和SFB_C表示，第二子换流器38的子换流器电压分别由PHB_A，PHB_B，PHB_C表示，且第三子换流器62的子换流器电压由TFB表示。
等效换流器配置还表示每一分支需要跟踪，例如，尽可能接近地匹配，的相应DC侧电压HB_A、HB_B、HB_C，和换流器130需要跟踪的DC换流器电压需求Vdc。
创建表示换流器130中的电压条件的等效换流器配置另外包括映射电压源。
映射电压源的一种方式是通过进行等效换流器配置的基尔霍夫分析以获得以下方程式：
HB_A＝SFB_AFilt_Q+PHB_AFilt_Q
HB_B＝SFB_BFilt_Q+PHB_BFilt_Q
HB_C＝SFB_CFilt_Q+PHB_CFilt_Q
SFB_A＝SFB_AFilt_Q-Venergy_A
SFB_B＝SFB_BFilt_Q-Venergy_B
SFB_C＝SFB_CFilt_Q-Venergy_C
PHB_A＝PHB_AFilt_Q+Venergy_A
PHB_B＝PHB_BFilt_Q+Venergy_B
PHB_C＝PHB_CFilt_Q+Venergy_C
TFB＝TFBFilt_Q+VenergyT
Vdc＝PHB_A+PHB_B+PHB_C+TFB
Venergy_A，Venergy_B，Venergy_C为第一子换流器38和第二子换流器39必须贡献以跟踪对应所要求第一能量管理电压需求的子换流器电压的相应电压分量。
SFB_AFilt_Q，SFB_BFilt_Q，SFB_CFilt_Q为除使得对应分支跟踪对应所要求DC侧电压需求HB_A，HB_B，HB_C且使得换流器130跟踪对应所要求DC换流器电压需求Vdc之外，第一子换流器39需要贡献以跟踪对应所要求滤波和补偿性电压需求的相应子换流器电压。
PHB_AFilt_Q，PHB_BFilt_Q，PHB_CFilt_Q为除使得对应分支跟踪对应所要求DC侧电压需求HB_A，HB_B，HB_C且使得换流器130跟踪对应所要求DC换流器电压需求Vdc之外，第二子换流器38需要贡献以跟踪对应所要求第一滤波电压需求的相应子换流器电压。
VenergyT为第三子换流器62必须贡献以跟踪对应所要求第二能量管理电压需求的子换流器电压的第三电压分量。
TFBFilt_Q为除使得换流器130跟踪对应所要求DC换流器电压需求Vdc之外，第三子换流器62需要贡献以跟踪所要求第二滤波电压需求的子换流器电压。
接着以矩阵形式表示上文的前述方程式：
A.x＝b
其中
x＝(x1 x2 x3 x4 x5)T
x1＝(PHB_A PHB_B PHB_C)
x2＝(SFB_A SFB_B SFB_C)
x3＝(SFB_AFilt_Q SFB_BFilt_Q SFB_CFilt_Q)
x4＝(PHB_AFilt_Q PHB_BFilt_Q PHB_CFilt_Q)
x5＝(TFBFilt_Q TFB)
b＝(b1 b2 b3 -VenergyT Vdc)T
b1＝(HB_A HB_B HB_C)
b2＝(Venergy_A Venergy_B Venergy_C)
b3＝(-Venergy_A -Venergy_B -Venergy_C)
所述矩阵界定表示为线性方程式的等式约束条件，第二方法利用所述等式约束条件来将通过控制子换流器38，39，62提供的最佳电压源确定为相应电压源以实现对应所确定子换流器电压。
前述数学优化步骤可包括将电压加权应用于由每一电压源提供的相对电压贡献。用于每一电压源的相应电压加权是根据换流器的所测量操作参数确定的。各种电压加权可以在换流器130的整个操作期间确定，以便准许例如响应于环境条件改变而更新电压加权。如此，各种电压加权可由于换流器130受控制而发生变化。
举例来说，在换流器130的正常操作期间，将相同电压加权应用于每一电压源。然而，当在某些异常操作条件，例如不平衡操作条件下控制换流器130时，将不同电压加权应用于由至少一个电压源提供的电压贡献。
除前述内容之外，第二方法包括进行数学优化以确定每一对应子换流器38，39，62必须贡献以跟踪对应所要求电压需求的最小个别子换流器电压。
可确定最小个别子换流器电压并将前述个别电压加权应用于电压源的电压贡献的一种方式为通过以相同于上文参考图9的换流器所描述的方式来求解非线性优化。
作为一般最佳控制问题，前述非线性优化可另外包括一个或多个不等式约束条件，在此状况下可进一步通过使用汉密尔顿函数(庞特里亚金的最小值原理)的方法进行求解。
此不等式约束条件的一个实例为：
其中
C为映射由子换流器38、39、62提供的最大可能电压范围的矩阵；且
d为表示每一子换流器38、39、62中的最大所要电压的向量。
在任一状况下，也可通过求解如下形式的非线性优化来确定最小子换流器电压SFB_AFilt_Q，SFB_BFilt_Q，SFB_CFilt_Q，PHB_AFilt_Q，PHB_BFilt_Q，PHB_CFilt_，TFB：
同时，本发明的第二方法包括如下第三步骤：将每一子换流器38、39、62控制为相应电压源以实现对应所确定子换流器电压。
图12示意性地说明控制器60的另一示范性布局，所述布局与图5中示出的布局相同，但添加了从能量管理控制子块到VMM控制块的第二能量管理电压需求VenergyT，且添加了从VMM控制块到下部控制环路的新输出电压信号VTFB，其中新输出电压信号VTFB对应于第三子换流器62的所要求电压贡献TFB。
本发明的第二方法能灵活地操作第一子换流器39和第三子换流器62以分担DC有源滤波操作。
图13a到15以图形形式说明当第三子换流器62操作为实现具有非零DC电压分量的子换流器电压时换流器130的操作。在图13a到15中所示出的实例中，VenergyT具有零值，这会导致第三子换流器62的能级出现偏差。
图13a和13b以图形形式说明换流器130在平衡操作条件下的操作，其中有功功率需求为1.0PU且无功功率需求为0.4PU。可从图13a和13b看到，控制器60能够操作换流器130以维持平衡操作条件所要求的所要AC和DC换流器电压。
图14a和14b以图形形式说明换流器130与图13a和13b相同的电压目标函数JVoltage在不平衡操作条件下的操作，其中AC网络50的相中的一个Phase_A经历接地短路，有功功率需求为0.5PU且无功功率需求为0.4PU。可从图14a和14b看到，Phase_A的故障导致对应AC相电压下降，且控制器60能够在不平衡操作条件下继续操作换流器130，同时维持所要DC换流器电压。
图15以图形形式说明非零DC电压分量以及第6、第12、第18、第24和第30谐波分量在第三子换流器62的子换流器电压中的存在，所述第三子换流器在图13a和13b中所示出的平衡操作条件下操作。
图16a到18以图形形式说明当第三子换流器62操作为实现具有近零DC电压分量的子换流器电压时换流器130的操作。
图16a和16b以图形形式说明换流器130在平衡操作条件下的操作，其中有功功率需求为1.0PU且无功功率需求为0.4PU。可从图16a和16b看到，控制器60能够操作换流器130以维持平衡操作条件所要求的所要AC和DC换流器电压。
图17a和17b以图形形式说明换流器130与图16a和16b相同的电压目标函数JVoltage在不平衡操作条件下的操作，其中AC网络50的相中的一个Phase_A经历接地短路，有功功率需求为0.5PU且无功功率需求为0.4PU。可从图17a和17b看到，Phase_A的故障导致对应AC相电压下降，且控制器60能够在不平衡操作条件下继续操作换流器130，同时维持所要DC换流器电压。
图18以图形形式说明第6、第12、第18、第24和第30谐波分量在第三子换流器62的子换流器电压中的存在，所述第三子换流器在图16a和16b中所示出的平衡操作条件下操作。可从图18看到，第三子换流器62的子换流器电压被控制为省略大部分DC电压分量。
因此示出，使用第二方法操作图12的换流器130能允许在各种正常和异常操作条件下瞬时计算出最佳子换流器电压，以满足设计成维持换流器130在其标称电压和电流额定值内的操作的数个准则或约束条件，同时满足指定AC和DC侧电力质量要求。
另外，尤其在图13a到18中示出，第二方法能相同准则或约束条件以不同方式灵活地操作换流器130。
图19中示出根据本发明的第三实施例的换流器，且其整体上由参考编号230标示。图19的换流器230的结构和操作类似于图9的换流器130的结构和操作，且相似特征共用相同参考编号。
图19的换流器230不同于图9的换流器130之处在于图19的换流器230包括多个第三子换流器62，而非仅具有一个第三子换流器62。更确切地说，图10的换流器230的每一分支进一步包括与对应第一子换流器39串联连接的相应第三子换流器62，其中对应第二子换流器38连接到对应第一子换流器与第三子换流器之间的共同连接点以形成“T”形布置。
在示出的实施例中，跨越第一DC端子32和第二DC端子34的DC换流器电压为第二子换流器38和第三子换流器62的子换流器电压的总和。
每一第三子换流器62以相同于上文参考图9的换流器130所描述的第三子换流器62的方式在结构和操作上配置成链节式换流器。因此，每一第三子换流器62被配置成可受控制以充当第三电压源。
控制器60被进一步配置成实施控制换流器230的第三方法。
第三方法包括如下第一步骤：获得对应分支需要跟踪的DC侧电压的相应DC侧电压需求，和换流器230需要跟踪的跨越第一DC端子32和第二DC端子34的DC换流器电压的DC换流器电压需求。
第一步骤进一步包括如下可选子步骤：
●获得子换流器38、39需要跟踪的每一子换流器38、39的相应第一能量管理电压需求，以按照第一控制功能调节对应第一子换流器39的能级；
●获得子换流器38、39需要跟踪的每一子换流器38、39的相应第一滤波电压需求，以按照第二控制功能实现对跨越第一DC端子32和第二DC端子34的DC换流器电压的有源滤波；
●获得第一子换流器39需要跟踪的每一第一子换流器39的相应补偿性电压需求，以按照第三控制功能生成补偿性DC电压分量；
●获得第三子换流器62需要跟踪的每一第三子换流器62的相应第二滤波电压需求，以按照第四控制功能实现对跨越第一DC端子32和第二DC端子34的DC换流器电压的有源滤波；
●获得第三子换流器62需要跟踪的每一第三子换流器62的相应第二能量管理电压需求，以按照第四控制功能调节其能级。
第三方法还包括如下第二步骤：确定子换流器38、39、62必须贡献以跟踪对应所要求电压需求的每一子换流器38、39、62的子换流器电压。
可以直接从较高层级控制器获得所述各种需求。替代地，可以直接从进行其自身的计算的控制器获得所述各种需求。
更具体地说，本发明的第三方法包括进行数学优化以确定数个最佳子换流器电压。
进行此数学优化包括创建表示换流器230中的电压条件的等效换流器配置，如图20中所示出。
在所示出等效换流器配置中，第一子换流器39的子换流器电压分别由SFB_A、SFB_B和SFB_C表示，第二子换流器38的子换流器电压分别由PHB_A、PHB_B、PHB_C表示，且第三子换流器62的子换流器电压分别由TFB_A、TFB_B和TFB_C表示。
等效换流器配置还表示每一分支需要跟踪，例如尽可能接近地匹配的相应DC侧电压HB_A、HB_B、HB_C，和换流器230需要跟踪的DC换流器电压需求Vdc。
创建表示换流器230中的电压条件的等效换流器配置另外包括映射电压源。
映射电压源的一种方式是通过进行等效换流器配置的基尔霍夫分析以获得以下方程式：
HB_A＝SFB_AFilt_Q+PHB_AFilt_Q
HB_B＝SFB_BFilt_Q+PHB_BFilt_Q
HB_C＝SFB_CFilt_Q+PHB_CFilt_Q
SFB_A＝SFB_AFilt_Q-Venergy_A
SFB_B＝SFB_BFilt_Q-Venergy_B
SFB_C＝SFB_CFilt_Q-Venergy_C
PHB_A＝PHB_AFilt_Q+Venergy_A
PHB_B＝PHB_BFilt_Q+Venergy_B
PHB_C＝PHB_CFilt_Q+Venergy_C
TFB_A＝TFB_AFilt_Q+VenergyT_A
TFB_B＝TFB_BFilt_Q+VenergyT_B
TFB_C＝TFB_CFilt_Q+VenergyT_C
Vdc＝PHB_A+PHB_B+PHB_C+TFB_A+TFB_B+TFB_C
Venergy_A，Venergy_B，Venergy_C为第一子换流器38和第二子换流器39必须贡献以跟踪对应所要求第一能量管理电压需求的子换流器电压的相应电压分量。
SFB_AFilt_Q，SFB_BFilt_Q，SFB_CFilt_Q为除使得对应分支跟踪对应所要求DC侧电压需求HB_A，HB_B，HB_C且使得换流器230跟踪对应所要求DC换流器电压需求Vdc之外，第一子换流器39需要贡献以跟踪对应所要求滤波和补偿性电压需求的相应子换流器电压。
PHB_AFilt_Q，PHB_BFilt_Q，PHB_CFilt_Q为除使得对应分支跟踪对应所要求DC侧电压需求HB_A，HB_B，HB_C且使得换流器230跟踪对应所要求DC换流器电压需求Vdc之外，第二子换流器38需要贡献以跟踪对应所要求第一滤波电压需求的相应子换流器电压。
VenergyT_A，VenergyT_B，VenergyT_C为第三子换流器62必须贡献以跟踪对应所要求第二能量管理电压需求的子换流器电压的第三电压分量。
TFB_AFilt_Q，TFB_BFilt_Q，TFB_CFilt_Q为除使得换流器230跟踪对应所要求DC换流器电压需求Vdc之外，第三子换流器62需要贡献以跟踪所要求第二滤波电压需求的子换流器电压。
接着以矩阵形式表示上文的前述方程式：
A.x＝b
其中
x＝(x1 x2 x3 x4 x5 x6)T
x1＝(PHB_A PHB_B PHB_C)
x2＝(SFB_A SFB_B SFB_C)
x3＝(SFB_AFilt_Q SFB_BFilt_Q SFB_CFilt_Q)
x4＝(PHB_AFilt_Q PHB_BFilt_Q PHB_CFilt_Q)
x5＝(TFB_AFilt_Q TFB_BFilt_Q TFB_CFilt_Q)
x6＝(TFB_A TFB_B TFB_C)
b＝(b1 b2 b3 b4 Vdc)T
b1＝(HB_A HB_B HB_C)
b2＝(Venergy_A Venergy_B Venergy_C)
b3＝(-Venergy_A -Venergy_B -Venergy_C)
b4＝(-VenergyT_A -VenergyT_B -VenergyT_C)
所述矩阵界定表示为线性方程式的等式约束条件，第三方法利用所述等式约束条件来将通过控制子换流器38、39、62提供的最佳电压源确定为相应电压源以实现对应所确定子换流器电压。
前述数学优化步骤可需要将电压加权应用于由每一电压源提供的相对电压贡献，和数学优化，以确定每一对应子换流器38、39、62必须贡献以跟踪对应所要求电压需求的最小个别子换流器电压，所述两操作中的每一个可以相同于上文参考图9的换流器130所描述的方式进行。
同时，本发明的第三方法包括如下第三步骤：将每一子换流器38、39、62控制为相应电压源以实现对应所确定子换流器电压。
图21示意性地说明控制器60的另一示范性布局，所述布局与图11中所示出的布局相同，除了第二能量管理电压需求VenergyT替换为多个第二能量管理电压需求VenergyT_A，VenergyT_A，VenergyT_A，且输出电压信号VTFB替换为多个输出电压信号VTFB_A，VTFB_B，VTFB_C之外，所述信号分别对应于第三子换流器62的所要求电压贡献VTFB_A，VTFB_B，VTFB_C。
可以设想到，在本发明的其它实施例中，每一子换流器的配置可发生变化，只要每一子换流器能够可控制为电压源即可。
在所示出实施例中，每一相元件36的AC侧42连接到三相AC网络50的相应相。可以设想到，在其它实施例中，换流器中的分支的数量可随多相AC网络的相的数量而变化，且每一相元件的AC侧可连接到多相相AC网络的相应相。

Claims (16)

1.一种控制换流器的方法，所述换流器包括用于连接到DC网络的第一DC端子和第二DC端子，所述换流器包括连接于所述第一DC端子与所述第二DC端子之间的至少一个分支，所述至少一个或每一分支包括：
相元件，其具有多个切换元件和用于连接到AC网络的至少一个AC端子，所述多个切换元件被配置成可切换以选择性地互连所述相元件的DC侧处的DC侧电压和所述相元件的AC侧处的AC侧电压；
第一子换流器，其在电力块中与所述相元件的所述DC侧串联连接，所述第一子换流器被配置成可受控制以充当第一电压源；以及
第二子换流器，其与所述电力块并联连接，所述第二子换流器被配置成可受控制以充当第二电压源，
其中所述方法包括如下步骤：
(a)获得所述对应分支需要跟踪的所述DC侧电压的相应DC侧电压需求，和所述换流器需要跟踪的跨越所述第一DC端子和所述第二DC端子的DC换流器电压的DC换流器电压需求；
(b)确定每一子换流器必须贡献以跟踪所述对应所要求DC侧电压和DC换流器电压需求的所述子换流器的子换流器电压；
(c)将每一子换流器控制为所述相应电压源以实现所述对应所确定子换流器电压；以及
(d)进行数学优化以确定一个或多个最佳子换流器电压。
2.根据权利要求1所述的控制换流器的方法，其特征在于，所述至少一个或每一分支进一步包括与所述对应第一子换流器串联连接的第三子换流器，所述或每一第三子换流器被配置成可受控制以充当第三电压源，且所述或每一第二子换流器连接到所述对应第一子换流器与所述第三子换流器之间的共同连接点以形成“T”形布置。
3.根据前述任一权利要求所述的控制换流器的方法，其特征在于，所述换流器包括串联连接在所述第一DC端子与所述第二DC端子之间的多个分支。
4.根据权利要求2所述的控制换流器的方法，其特征在于，所述至少一个分支的所述相元件包括用于连接到多相AC网络的相应相的至少一个AC端子，且所述换流器进一步包括在所述第一DC端子与所述第二DC端子之间与所述至少一个分支串联连接的至少两个额外分支，每一额外分支包括：
相元件，其具有多个切换元件和用于连接到所述多相AC网络的相应相的至少一个AC端子，所述多个切换元件被配置成可切换以选择性地互连所述相元件的DC侧处的DC侧电压和所述相元件的AC侧处的AC侧电压；
第一子换流器，其在电力块中与所述相元件的所述DC侧串联连接，所述第一子换流器被配置成可受控制以充当第一电压源；以及
第二子换流器，其与所述电力块并联连接，所述第二子换流器被配置成可受控制以充当第二电压源，
其中所述分支是串联布置的，使得所述至少一个分支的所述第三子换流器直接连接到所述第一DC端子和所述第二DC端子中的一个。
5.根据前述任一权利要求所述的控制换流器的方法，其特征在于，所述方法进一步包括如下步骤：获得每一子换流器需要跟踪的所述子换流器的相应第一能量管理电压需求，以调节所述对应第一子换流器的能级；以及确定每一子换流器必须贡献以跟踪所述对应所要求第一能量管理电压需求的所述子换流器的子换流器电压。
6.根据前述任一权利要求所述的控制换流器的方法，其特征在于，所述方法进一步包括如下步骤：获得每一子换流器需要跟踪的所述子换流器的相应第一滤波电压需求，以实现对跨越所述第一DC端子和所述第二DC端子的所述DC换流器电压的有源滤波；以及确定每一子换流器必须贡献以跟踪所述对应所要求第一滤波电压需求的所述子换流器的子换流器电压。
7.根据前述任一权利要求所述的控制换流器的方法，其特征在于，所述方法进一步包括如下步骤：获得所述或每一第一子换流器需要跟踪的所述第一子换流器的相应补偿性电压需求，以补偿所述对应相元件的所述AC侧处生成或吸收的有功功率和/或无功功率变化；以及确定所述或每一第一子换流器必须贡献以跟踪所述对应所要求补偿性电压需求的所述第一子换流器的子换流器电压。
8.根据权利要求2或其任一从属权利要求所述的控制换流器的方法，其特征在于，所述方法进一步包括如下步骤：获得所述或每一第三子换流器需要跟踪的所述第三子换流器的相应第二滤波电压需求，以实现对跨越所述第一DC端子和所述第二DC端子的所述DC换流器电压的有源滤波；以及确定所述或每一第三子换流器必须贡献以跟踪所述对应所要求第二滤波电压需求的所述第三子换流器的子换流器电压。
9.根据权利要求2或其任一从属权利要求所述的控制换流器的方法，其特征在于，所述方法进一步包括如下步骤：获得所述或每一第三子换流器需要跟踪的所述第三子换流器的相应第二能量管理电压需求，以调节所述对应第三子换流器的所述能级；以及确定每一第三子换流器必须贡献以跟踪所述对应所要求第二能量管理电压需求的所述第三子换流器的子换流器电压。
10.根据前述任一权利要求所述的控制换流器的方法，其特征在于，进行数学优化包括创建表示所述换流器中的电压条件的等效换流器配置。
11.根据权利要求10所述的控制换流器的方法，其特征在于，创建表示所述换流器中的电压条件的等效换流器配置包括映射用于所述至少一个或每一分支的所述电压源。
12.根据前述权利要求中任一权利要求所述的控制换流器的方法，其特征在于，进行数学优化包括将电压加权应用于由每一电压源提供的相对电压贡献。
13.根据权利要求12所述的控制换流器的方法，其特征在于，应用电压加权包括根据所述换流器的所测量操作参数确定所述或每一电压加权。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的控制换流器的方法，其特征在于，当在特定操作条件下控制所述换流器时，应用电压加权包括将不同电压加权应用于至少一个电压源，使得所述或每一所述电压源将不同贡献提供到所述其它电压源。
15.根据前述权利要求中任一权利要求所述的控制换流器的方法，其特征在于，所述方法包括进行数学优化，以确定所述对应子换流器必须贡献以跟踪所述对应所要求电压需求的一个或多个最小个别子换流器电压。
16.一种换流器，其包括用于连接到DC网络的第一DC端子和第二DC端子，所述换流器包括连接于所述第一DC端子与所述第二DC端子之间的至少一个分支，所述或每一分支包括：
相元件，其具有多个切换元件和用于连接到AC网络的至少一个AC端子，所述多个切换元件被配置成可切换以选择性地互连所述相元件的DC侧处的DC侧电压和所述相元件的AC侧处的AC侧电压；
第一子换流器，其在电力块中与所述相元件的所述DC侧串联连接，所述第一子换流器被配置成可受控制以充当第一电压源；以及
第二子换流器，其与所述电力块并联连接，所述第二子换流器被配置成可受控制以充当第二电压源，
其中所述换流器进一步包括被编程以进行如下操作的控制器：
(a)获得所述对应分支需要跟踪的所述DC侧电压的相应DC侧电压需求，和所述换流器需要跟踪的跨越所述第一DC端子和所述第二DC端子的DC换流器电压的DC换流器电压需求；
(b)确定每一子换流器必须贡献以跟踪所述对应所要求DC侧电压和DC换流器电压需求的所述子换流器的子换流器电压；
(c)将每一子换流器控制为所述相应电压源以实现所述对应所确定子换流器电压；以及
(d)进行数学优化以确定一个或多个最佳子换流器电压。
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