CN108781035A - 用于电压源转换器的故障保护 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于电压源变换器(VSC)的故障保护的方法和设备。设备(500)具有与引导器开关(104)串联的链节电路(103)。所述链节电路包括多个单元(106)，每个单元包括储能元件(108)和与反并联二极管连接的多个单元开关元件(109)，所述单元开关元件被配置成使得所述储能元件能够选择性串联连接在所述单元的端子之间或者被旁路。每个单元开关元件具有关联的单元开关元件控制器(501,502)。所述引导器开关包括多个引导器开关单元(202)，每个引导器开关单元具有引导器开关元件(110)和引导器开关单元控制器(503)。每个单元开关元件控制器被配置成监测故障电流，并且在检测到故障电流的情况下，关断其关联的单元开关元件，并将故障事件报告给故障控制器(504)。每个引导器开关单元控制器还被配置成监测故障电流，并且在检测到故障电流的情况下，将故障事件报告给所述故障控制器，但所述引导器开关单元控制被配置成保持其关联的引导器开关元件接通。所述故障控制器(504)被配置成监测故障事件的任何报告以确定是否出现故障，并且在出现故障的情况下，命令所述多个单元的至少一些的所有单元开关元件关断。

Description

用于电压源转换器的故障保护
本申请涉及用于故障保护的方法和设备，该方法和设备用于电压源转换器，特别用于用在高压配电中的电压源转换器，以及特别用于波整形(wave-shaping)和引导器开关(director switches)的具有链节(chain-link)的电压源转换器。
HVDC(高压直流电)电力传输使用直流电以供电力传输。这是较为普遍的交流电电力传输的替代方案。使用HVDC电力传输存在许多益处。
为了使用HVDC电力传输，通常有必要将交流电(AC)转换成直流电(DC)并且再返回。到目前为止，大多数HVDC传输系统一直基于线路换流转换器(LCC)，例如，如使用晶闸管阀的六脉冲桥式转换器。LCC使用例如晶闸管的元件，它们可通过适当的触发信号接通，并且只要它们被加正向偏置，就保持导通。在LCC中，转换器依赖于其连接的AC电压来提供从一个阀到另一个阀的换向。
然而，越来越多地提出将电压源转换器(VSC)用于HVDC传输。HVDC使用开关元件，如可独立于任何连接的AC系统而可控制地导通和关断的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。因此，VSC有时被称作自换向转换器。
VSCs通常包括多个转换器臂，其中每个转换器臂将一个DC端连接到一个AC端。针对典型的三相AC输入/输出，有六个转换器臂，其中两个臂将给定的AC端分别连接到高DC端和低DC端，形成相分支。每个转换器臂包括常被称为阀且通常包括可按期望顺序开关的多个元件的设备。
在常被称为六脉冲桥的一种形式的已知VSC中，每个阀包括串联连接的开关元件组，通常是与对应的反并联二极管连接的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。阀的IGBT一起切换以电连接或断开相关AC和DC端，其中给定相分支的阀通常被反相地切换。通过针对每个臂使用脉宽调制(PWM)型开关方案，可实现AC电压与DC电压之间的转换。
在被称为模块化多电平转换器(MMC)的另一种已知类型的VSC中，每个阀包括具有串联连接的多个单元(cell)的链节电路，每个单元包括诸如电容器等储能元件以及开关布置，所述开关布置可被控制以便将储能元件连接在单元的两端之间或者旁路(bypass)储能元件。单元有时被称为子模块，其中多个单元形成模块。控制阀的子模块，以便在不同时间连接或旁路其对应储能元件，从而使所述多个单元两端的电压差随时间推移而变化。通过使用相对大量的子模块并且对开关进行适当地定时，阀可合成近似期望波形的阶梯式波形，如正弦波，以便从DC转换到AC或从AC转换到DC，同时伴有低水平的谐波失真。由于各种子模块个别地切换且从切换个别子模块带来的电压改变相对较小，因此避免了与六脉冲桥转换器相关联的许多问题。
在MMC设计中，每个阀不断地操作通过AC循环，其中相分支的两个阀同步切换以提供期望的电压波形。
最近，提出了变体转换器，其中转换器臂中提供了一系列所连接单元的链节以用于电压波整形，例如提供如所描述的阶梯式电压波形，但是每个转换器臂在AC周期的至少部分内关断。因此，用于电压波整形的所述多个串联连接的单元与臂开关串联连接，所述臂开关被称为引导器开关，其可在相关转换器臂处于关断状态且不导通时关断。这种转换器被称为桥臂交替导通转换器(Alternate-Arm-Converter,AAC)。WO2010/149200中描述了这种转换器的实例。
图1展示了已知的桥臂交替导通转换器(AAC)100。实例转换器100具有三个相分支101a到101c，每个相分支具有将相关AC端102a到102c连接到高侧DC端DC+的高侧转换器臂以及将相关AC端102a到102c连接到低侧DC端DC-的低侧转换器臂。每个转换器臂包括串联连接的单元的电路布置103，布置103与臂开关104以及电感105串联。将注意的是，图1展示了单个臂电感，但是本领域技术人员将了解到，臂电感在实践中可沿AC端与DC端之间的臂分布。
电路布置103包括串联连接的多个单元106。每个单元106具有可选择性地串联连接在单元两端之间或被旁路的储能元件。在图1所示实例中，每个单元106具有分别用于高侧连接和低侧连接的端子107a、107b并且包括作为储能元件的电容器108。电容器108与例如具有反并联二极管的IGBT等单元开关元件109连接，以允许单元的端107a和107b经由旁路电容器108的路径或经由包括串联连接的电容器108的路径连接。在图1所展示的实例中，每个单元包括全H桥式布置的四个单元开关元件109，从而使得电容器可连接使用以在端107a与107b之间提供正或负电压差。这种串联连接的单元的电路布置103可因此操作以提供可随时间推移而变化以提供如上文讨论的用于波整形的阶梯式电压波形的电压电平。电路布置103有时被称为链节电路转换器或链节转换器或仅称为链节。在本公开中，这种串联连接的单元的用于提供受控电压的电路布置103将被称为链节。
在AAC转换器中，每个转换器臂中的链节103与臂开关104串联连接，臂开关104在本文中将被称为引导器开关，臂开关104可包括多个串联连接的臂开关元件110。转换器臂的引导器开关可例如包括具有关断能力的高电压元件，例如与反并联二极管连接的IGBT等等。当特定转换器臂导通时，链节103按顺序开关以便以类似于如上文关于MMC型转换器所描述的方式提供期望波形。然而，在AAC转换器中，相分支的每个转换器臂在AC周期的部分时间段内关闭，并且在这种时期期间，引导器开关104关断。
在转换器臂因此处于关断状态且不导通时，臂两端的电压共享于引导器开关与链节电路之间。与MMC型VSC相比，AAC型转换器的每个转换器臂的链节的所需电压范围因此减小，因此节省了转换器的成本和大小。
在HVDC VSC安装中，可能出现的一个问题是在形成变换器系统的一部分的绝缘子两端例如在阀厅内部的绝缘子两端的闪络。这种事件引起电路的各部分之间的短路，这可能导致高水平的故障电流，如果不适当处理的话，可能损坏半导体开关元件和/或其辅助电路。这种事件可导致严重破坏，需要长期和昂贵的停机时间进行大修。
本公开因此涉及用于电压源转换器特别是具有链节单元和串联连接的引导器开关元件的混合结构的VSC的故障保护的方法和设备。
因此，根据本发明，提供了一种用于电压源转换器的设备，所述设备包括与引导器开关串联的链节电路以及故障控制器。所述链节电路包括多个单元，每个单元包括储能元件和与反并联二极管连接的多个单元开关元件，所述单元开关元件被配置成使得所述储能元件能够选择性串联连接在所述单元的端子之间或者被旁路。每个单元开关元件具有关联的单元开关元件控制器。所述引导器开关包括多个引导器开关单元，每个引导器开关单元包括引导器开关元件和引导器开关单元控制器。每个单元开关元件控制器被配置成监测故障电流，并且在检测到故障电流的情况下，关断其关联的单元开关元件，并将故障事件报告给所述故障控制器。每个引导器开关单元控制器被配置成监测故障电流，并且在检测到故障电流的情况下，将故障事件报告给所述故障控制器，并保持其关联的引导器开关元件接通。所述故障控制器被配置成监测故障事件的任何报告以确定是否出现故障，并且在出现故障的情况下，命令所述多个单元的至少一些的所有单元开关元件关断。
因此在本发明的实施例中，在每个开关元件处监测故障电流。然而，对于引导器开关的开关元件和链节的单元的开关元件，对故障电流的响应是不同的。如果由所述本地控制器在引导器开关元件处检测到故障，故障检测被报告给为较高级控制器的故障控制器，且引导器开关元件保持接通。然而，如果在链节的单元的开关元件处检测到故障，则故障报告还传送到所述故障控制器，但单元开关元件被关断。如在稍后更详细地解释的，这具有缓解故障电流、避免开关元件上的过电压的效果。所述故障控制器响应于所述故障报告，命令链节的至少一些以及可能全部的单元到阻止状态，其中，单元的所有开关元件关断。以此方式，所述链节单元的储能元件帮助于降低并管理故障电流。
在一些实施例中，在检测到故障电流的情况下，每个单元开关元件控制器被配置成关断所述单元的所有单元开关元件，即无需等待来自所述故障控制器的命令。
所述故障控制器可以被配置成如果在第一故障报告的预定义时间窗口内接收到预定数目的故障报告，则确定正在出现故障。
在一些实施例中，所述故障控制器被配置成确定故障正在出现的位置，并基于所述识别的位置确定关断哪些单元。
在一些实施例中，在命令所述多个单元的至少一些的所有单元开关元件关断之后，所述故障控制器可以被配置成随后命令所述引导器开关单元关断。在一些实施例中，在达到安全电流水平时，随后可出现所述引导器开关单元的关断。在一些情况下，所有的引导器开关单元可被命令同时关断，例如如果期望关断例如由于某个其它故障检测造成的相当大的电流仍在流动的引导器开关时可以是这种情况。在一些情况下，引导器开关单元可设置成具有本地组控制器的组，组的引导器开关单元可被一起关断。
在检测到故障电流的情况下，至少一个引导器开关单元控制器可以被配置成调制施加到关联的开关元件的驱动电压。调制所述驱动电压可包括降低栅极驱动电压或者增大栅极驱动电压。
实施例还涉及具有至少一个相分支的电压源转换器(VSC)，所述相分支具有两个变换器臂，每个变换器臂具有如上面的变体中的任何一个描述的设备。VSC可以是AAC型VSC，不过实施例包括任何类型的VSC，其具有用于波整形和引导器的单元的混合。
各方面还涉及一种用于电压源转换器的故障保护的方法，所述电压源转换器包括与引导器开关串联的链节电路；其中，所述链节电路包括多个单元，每个单元包括储能元件和与反并联二极管连接的多个单元开关元件，所述单元开关元件被配置成使得所述储能元件能够选择性串联连接在所述单元的端子之间或者被旁路；以及所述引导器开关包括多个引导器开关单元，每个引导器开关单元包括引导器开关元件。所述方法包括：
在每个单元开关元件处监测故障电流，且在单元开关元件处检测到故障电流的情况下，关断所述单元开关元件，并将故障事件报告给故障控制器；
在每个引导器开关元件处监测故障电流，并且在检测到故障电流的情况下，将故障事件报告给所述故障控制器，并保持所述引导器开关元件接通；以及
在所述故障控制器处监测故障事件的任何报告以确定是否出现故障，并且在出现故障的情况下，命令所述多个单元的至少一些的所有单元开关元件关断。
所述方法可以在上文关于本发明的第一方面描述的任何变体中实施。
现将仅通过举例参考以下附图来描述本发明，在附图中：
图1展示了桥臂交替导通转换器(AAC)型电压源转换器(VSC)的一个实例；
图2展示了对于AAC型变换器的闪络的原理；
图3展示了在闪络事件期间缓冲电容器的电压可以变化的方式；
图4展示了当链节单元处于阻止状态时的故障电流路径；
图5展示了根据实施例的故障保护设备；以及
图6展示了根据实施例缓解的模拟故障的波形。
如上面指出的，在电压源转换器(VSC)的工作寿命中，VSC很有可能将遭遇阀厅内部的绝缘子之间的闪络情况，结果是VSC电路的部分短路。这些事件通常将引起高水平的故障电流，如果不适当处理的话，可能损坏VSC的半导体元件和其辅助电路，引起大修性破坏及长期和昂贵的停机时间。要认识到，尽管闪络可以是很可能出现的故障条件，但还有其它故障条件可导致相对高的故障电流。
在包括链节单元还有串联连接的半导体开关元件的混合结构，例如形成引导器开关，的变换器中，例如交变臂变换器(AAC)中，已经认识到可建议对任何这种故障采取协调动作。在常规的VSC安装中，通常给每个半导体开关元件例如IGBT在本地栅极驱动器电路级提供短路保护系统，其被配置成当检测到短路电流水平时，与同一转换器臂中的其它器件可能正在进行的操作无关地快速关断相关开关元件。此保护在IGBT器件被接通并处于导通时起作用，但如果对应的续流二极管正导通则不工作。可在任何引导器开关IGBT或在任何链节IGBT中首先检测短路水平，在每种情况下保护响应将是相同的。
图2展示了在AAC型VSC的变换器臂中的闪络原理，AAC型VSC具有用于电压波整形的链节单元及还有形成引导器开关的开关元件。图2展示了作为链节的所有单元的聚合的链节的单个单元106。单元106具有以全H桥布置的电容器108和四个半导体开关元件109-1到109-4，每一个半导体开关元件具有反并联二极管201-1-201-4。单元106与引导器开关单元202串联连接，引导器开关单元202即形成引导器开关的一部分的半导体开关元件例如IGBT 110和其反并联二极管203和关联电路。关联电路可包括缓冲电容器，其包括缓冲二极管204和缓冲电容器205及栅极驱动电子器件206。在一些情况下，浪涌抑制器207可连接在半导体开关元件110两端。图2展示了作为形成引导器开关的所有串联连接的单元的聚合的单个引导器开关单元202。
图2展示了在臂电感器的连接点处出现在一个臂的正DC端子和正变换器输出端子两端的闪络状况208。这意味着在此实例中，臂电感器在此并不缓解故障电流水平，只有分别代表DC母线和臂母线的寄生电感的一些小的杂散电感项L1和2存在。假设变换器臂的这部分两端的电压是正的，故障电流将通过引导器开关单元的半导体开关元件110流动。
当然要认识到，为了解释，图2展示的只是对于VSC故障的一个实例。如上面指出的，可以有其它类型的故障，和/或闪络故障可以是局部闪络或实际上是任何类型的闪络。不同的变换器设计可包括不同元件，例如一些变换器设计可不包括任何大的臂电感器。本公开的一般原理适用于一系列VSC设计和故障类型。
对于此实例，假设用于引导器开关单元的IGBT 110的保护系统首先检测到短路水平(short-circuit level)，因此动作以关断IGBT 110。因此，本来通过IGBT 110流动的故障电流路径现在转向通过缓冲二极管204和缓冲电容器205流动。缓冲电容器通常具有相对低的电容值，因此缓冲电容器被非常快速地充电。
如果在引导器开关元件110两端有浪涌抑制器或浪涌保护装置(SPD)207，则缓冲电容器205的电压将快速达到SPD的触发或保护电压电平，使得其吸收大的子模块单元电容器108中包含的能量，直到控制系统采取任何动作。然而，在此情形中要求SPD吸收的能量的量将是非常大的，这需要具有超出任何目前可购买和可用装置的能力的某种专用装置(因此可能是成本上不允许的)。
如果在引导器开关元件110两端没有连接SPD，则钳制缓冲电容器205的电压将增大，快速达到能够由引导器开关IGBT 110承受的最大水平。IGBT 100两端的此高电压因此会导致IGBT 100损坏。
图3展示了仿真波形，其示出在没有适当的SPD 207情况下在此故障情形中缓冲电容器205两端的电压应当如何变化，缓冲电容器205两端的电压将与IGBT 110两端的电压相同-图3示出了缓冲电容器两端的电压变化。钳制电容器两端的电压快速上升到超过IGBT的击穿电压的两倍的水平。为了缓解此情形，在此实例中，在引导器开关单元中连接在IGBT两端的SPD 207必须额定为大约30kJ和10kA。而且，在实践中很可能变换器臂的引导器开关的一个或多个半导体开关元件即IGBT在其它开关元件之前将打开，即关断，因此分担更高的电压。在此情况下，适当的SPD所需的额定值可增大十倍或更大的倍数。在全变换器臂有引导器开关的30％的IGBT建模为对闪络故障做出反应(剩余的保持导通)的仿真中，发现在10微秒内需要由SPD耗散的能量是280kJ的数量级，这在目前是不实际的。
本发明的实施例因此涉及缓解这些问题中的一些的闪络故障的协调方法。在根据一个实施例的方法中，引导器开关单元的本地控制器被配置成将检测到的故障报告到更高级故障控制器，但保持关联的引导器开关元件接通和导电。然而，用于链节的单元的半导体开关元件的本地控制器被配置成同时对故障检测做出反应以关断该开关元件以及发送故障报告。总系统将旨在相对快速地关断形成链节单元的一部分的所有IGBT。
在这种故障的情况下，所述方法因此旨在关断链节单元的所有半导体开关元件，同时至少一开始保持引导器开关的开关元件被接通和导电。所述方法因此可在引导器开关的任何半导体开关元件被关断之前，关断链节单元的所有半导体开关元件。
通过关断链节单元106的所有开关元件109-1到109-4，可能由IGBT 109-2和109-3承载的电流转而通过续流二极管201-1和201-4流动。此电流路径在图4中图示为路径401，其包括以阻止短路电流的方式连接的链节单元的相对大的电容器108。以此方式操作链节的单元因此缓解并限制故障电流，有助于保持VSC的所有半导体器件的完整性。
在一些实施例中，一旦故障电流已经被充分消灭，则引导器开关的半导体开关元件接着可以被同时关断。较高级故障控制器因此可命令引导器开关打开，即引导器开关单元的开关元件关断，在安全时执行此操作-但用于引导器开关单元的本地保护控制将不会独立地操作以将其个别的半导体开关关断。
引导器开关单元控制器因此被配置成有效地将指示故障的高电流的检测报告给故障控制器，但不会独立地对故障检测动作，因此保持开关元件接通。对比地，用于形成链节单元的一部分的开关元件例如IGBT的本地保护系统将瞬间做出反应以检测故障，并动作以关断开关元件。本地控制器还旨在关断形成该链节单元的一部分的所有开关元件。故障的检测还将报告给故障控制器，其如指出的形成用于VSC的变换器臂的更高级控制器的至少部分。
在故障控制器确定存在闪络类型的故障的任何情况下，基于从一个或多个本地控制器保护系统接收故障报告，故障控制器动作以命令链节的至少一些单元关断这些单元的所有开关元件。
故障控制器可以各种方式确定故障。在一些情况下，故障控制器可对其接收的每个故障报告动作。然而，在一些实施例中，在故障控制器处接收的故障报告的数目和/或时间可对照某个定义的特征被评估，以便识别故障。例如，在一些实施例中，故障控制器可以被配置成对来自引导器开关单元或链节单元的单个故障报告不做出反应，而是要求在这样的第一个通知命令(the first such notification order)的某个时间窗口内接收到某个阈值数目的故障通知，以宣布有故障。
故障控制器可生成适当的控制信号以命令链节的所有单元以所有开关元件关断的形式切换到阻止状态。然而，在一些实施例中，故障控制器可以是可操作的，使得如果故障信号仅与VSC电路的部分关联，则只是与电路的该部分相关的那些单元被阻止。在此情况下，控制系统应当被配置成相对快速地操作。
如上面指出的，一旦链节电路的单元已经切换到阻止状态，且在故障电流已经被充分消灭之后，故障控制器可命令引导器开关打开，即生成关断引导器开关单元的开关元件的控制信号。如指出的，引导器开关IGBT的半导体开关元件例如IGBT可以被配置成以便不独立地打开，而是总遵循来自故障控制器(或在非故障操作中的其它高级控制器)的命令。
任何闪络事件一旦得以控制可以不再出现(至少在相当长的时段内)。闪络电流可相对快速地得以控制，接着其可以简单地正常操作变换器。然而，如果在某个时间窗口中以前的故障或定义数目的故障已经出现，则故障控制器可改变判定故障所需的条件，和/或如果故障重复出现，则可生成某种报警。
在一些实施例中，用于引导器开关单元的本地控制器可以被配置成一检测到故障电流，就将故障报告给故障控制器，并保持其半导体开关元件处于接通状态，且还调制半导体开关元件的驱动，例如，修改IGBT的栅极到发射极电压。
在一些实施例中，在检测故障电流时可增大栅极-发射极电压。这将具有实际上提高故障电流的效果。然而，提高的故障电流接着可被变换器臂的其它半导体开关元件的本地控制器更快地检测，这接着根据上面描述的策略做出反应。因此，这可提供更快的故障响应，因为故障控制器可更快地接收所需数目的故障报告，和/或链节的单元可更快速地自动切换到阻止状态。
替代性地，栅极电压可被降低，目的是延长引导器开关的开关元件的生存时间，但抑制故障电流。然而，以此方式降低栅极电压在旨在降低电流水平时，可引起引导器开关两端的相对高的电压应力，且还可限制直接对故障电流做出反应而不是由故障控制器命令关断的链节的单元的数量。
图5展示了如何由本地控制器和更高级控制器的组合实施根据实施例的变换器臂故障保护系统500。图5展示了具有与引导器开关104串联的链节103的转换器臂。链节包括一系列单元106-1到106-n，每个单元包括多个开关元件109及如之前描述的反并联二极管和电容器。每个单元开关元件109可具有用于本地故障保护的本地单元开关元件控制器501，和/或可以有单元级控制器502。注意，单个的单元开关元件控制器501和/或单元控制器502(如果存在)可被看成是与单元开关元件关联的本地控制器。
引导器开关104包括引导器开关单元202-1到202-n的串联连接，每一个引导器开关单元包括开关元件110，具有关联的反并联二极管的缓冲二极管204和缓冲电容器205。每个引导器开关单元202还具有本地引导器开关单元控制器503。尽管图5中没有示出，但在一些设计中，引导器开关单元202可设置成本地组，比如说十个左右的引导器单元，具有组控制器用于控制该组的引导器开关单元202。
如上面描述的，在单元比如说单元106-1的本地单元开关元件控制器501检测到故障条件的情况下，其被配置成关断与其关联的开关元件109。本地单元开关元件控制器501还可以可能通过单元控制器502与同一单元中的其它开关元件的控制器通信，以使其关断。无论是开关元件控制器501还是单元控制器502的本地控制还将故障报告发送至为变换器臂故障控制器504的更高级控制器。变换器臂故障控制器504将接收故障报告，并且如果确定故障已经发生，则与其它单元106-2到106-n的至少一些通信以命令他们关断所有的开关元件。一开始，引导器开关保持导通，但在一些实施例中，一旦故障电流得到控制，则变换器臂故障控制器504可给引导器开关单元202-1到202-n发关断信号。
然而，在本地引导器开关单元控制器503检测到故障条件的情况下，其被配置成与变换器臂故障控制器504通信以用信号通知故障，但保持其开关元件110处于导通状态。变换器臂故障控制器504将接收故障报告，并且如果确定故障已经发生，则与链节单元106-1到106-n的至少一些通信以命令他们关断所有的开关元件。同样，引导器开关至少一开始保持导通，但在一些实施例中，一旦故障电流得到控制，则变换器臂故障控制器504可同时给引导器开关单元202-1到202-n发关断信号。
图6展示了在使用根据本发明的实施例的保护策略模拟故障期间的电压和电流波形。使用与参照图3在上面讨论的仿真相同的一般仿真参数。图6的上面的图形示出通过引导器开关的电流，下面的图形示出缓冲电容器的电压。可以看出，通过引导器开关的电流斜坡上升，但通过链节单元切换到阻止状态的动作，接着得到控制并降低到零。还可以看出因为在此时段中引导器开关保持导通，所以引导器开关的缓冲电容器上的电压自如至终保持相对较低，因此未达到危险水平。
本文中描述的实施例因此提供用于使用相对简单的协调策略缓解故障电流的影响的技术。要认识到，因为在故障事件期间引导器开关元件保持接通，所以这些开关元件必须标定到承受预期的故障电流水平，不过，与提供适当的额定浪涌抑制器相比，这可能更可实现，且不太昂贵。
针对AAC型转换器描述了各个实施例，但是将了解到，技术适用于任何类型的VSC，所述VSC包括由引导器开关单元形成的引导器开关，所述引导器开关单元具有开关元件以及用于波整形的链节单元。
应注意，上述实施例展示而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求书的范围的情况下设计许多替代性实施例。词语“包括”不排除除权利要求书中列出的那些元件或步骤以外的元件或步骤的存在，“一(a/an)”不排除多个，并且单个特征或其它单元可实现权利要求书中所列举的若干个单元的功能。权利要求书中的任何附图标记均不应被解释为限制其范围。

Claims (15)

1.一种用于电压源转换器的设备，包括：
与引导器开关(202)串联的链节电路；以及
故障控制器(504)；
其中，所述链节电路包括多个单元(106)，每个单元(106)包括储能元件(108)和与反并联二极管(201-1—201-4)连接的多个单元开关元件(109-1—109-4)，所述单元开关元件(109-1—109-4)被配置成使得所述储能元件(108)能够选择性串联连接在所述单元(106)的端子之间或者被旁路；
其中，每个单元开关元件(109-1—109-4)具有关联的单元开关元件控制器(501，502)；
其中，所述引导器开关(202)包括多个引导器开关单元(202-1—202-n)，每个引导器开关单元(202-1—202-n)包括引导器开关元件(110)和引导器开关单元控制器(503)；
其中，每个单元开关元件控制器(501，502)被配置成监测故障电流，并且在检测到故障电流的情况下，关断其关联的单元开关元件(104)，并将故障事件报告给所述故障控制器；
其中，每个引导器开关单元控制器(503)被配置成监测故障电流，并且在检测到故障电流的情况下，将故障事件报告给所述故障控制器(504)，并保持其关联的引导器开关元件(110)接通；以及
其中，所述故障控制器(504)被配置成监测故障事件的任何报告以确定是否出现故障，并且在出现故障的情况下，命令所述多个单元(106)的至少一些的所有单元开关元件(109)关断。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，在检测到故障电流的情况下，每个单元开关元件控制器(502)被配置成关断所述单元的所有单元开关元件(109-1—109-4)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中，所述故障控制器(504)被配置成如果在第一故障报告的预定义时间窗口内接收到预定数目的故障报告，则确定故障正在出现。
4.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，在故障正在出现的情况下，所述故障控制器(504)被配置成确定故障正在出现的位置，并基于所述识别的位置确定关断哪些单元(106)。
5.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述故障控制器(504)被配置成在命令所述多个单元(106)的至少一些的所有单元开关元件(109)关断之后，随后在达到安全电流水平时，命令所述引导器开关单元(202)关断。
6.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，在检测到故障电流的情况下，至少一个引导器开关单元控制器(503)被配置成调制施加到关联的开关元件的驱动电压。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述驱动电压的调制包括降低栅极驱动电压或增大栅极驱动电压中的一个。
8.一种电压源转换器，其包括具有两个转换器臂的至少一个相分支，每个转换器臂具有根据任一前述权利要求所述的设备。
9.一种用于电压源转换器的故障保护的方法，所述电压源转换器包括与引导器开关(104)串联的链节电路(103)；
其中，所述链节电路(103)包括多个单元(106)，每个单元(106)包括储能元件(108)和与反并联二极管(201)连接的多个单元开关元件(109)，所述单元开关元件(104)被配置成使得所述储能元件(108)能够选择性串联连接在所述单元(106)的端子之间或者被旁路；以及
其中，所述引导器开关(104)包括多个引导器开关单元(202)，每个引导器开关单元(202)包括引导器开关元件(110)；
所述方法包括：
在每个单元开关元件(104)处监测故障电流，且在单元开关元件(104)处检测到故障电流的情况下，关断所述单元开关元件(104)，并将故障事件报告给故障控制器(504)；
在每个引导器开关元件(110)处监测故障电流，并且在检测到故障电流的情况下，将故障事件报告给所述故障控制器(504)，并保持所述引导器开关元件(110)接通；以及
在所述故障控制器(504)处监测故障事件的任何报告以确定是否出现故障，并且在出现故障的情况下，命令所述多个单元(106)的至少一些的所有单元开关元件(104)关断。
10.根据权利要求9所述的方法，包括在单元开关元件(104)处检测到故障电流的情况下，无需等待来自所述故障控制器(504)的命令，关断所述单元(106)的所有单元开关元件(104)。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其中，如果在第一故障报告的预定义时间窗口内接收到预定数目的故障报告，则所述故障控制器(504)确定故障正在出现。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，在故障正在出现的情况下，所述故障控制器(504)确定故障正在出现的位置，并基于所述识别的位置确定关断哪些单元(106)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中，在命令所述多个单元(106)的至少一些的所有单元开关元件(109)关断之后，所述故障控制器(504)随后在达到安全电流水平时，命令所述引导器开关单元(202)关断。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，包括在引导器开关元件(110)处检测到故障电流的情况下，调制施加到所述引导器开关元件(110)的驱动电压。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，调制所述驱动电压包括降低栅极驱动电压或增大栅极驱动电压中的一个。
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