CN110915089B - 用于控制网格网络中电流的分布的功率通量控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旨在用于网格网络中的功率通量控制设备，所述设备包括：‑连接在其第一端子(B1)与其第三端子(B3)之间的第一电压源；‑连接在其第二端子(B2)与其第三端子(B3)之间的第二电压源；‑交替地连接到所述第一电压源和所述第二电压源的且配置为确保所述第一电压源与所述第二电压源之间的能量转移的电流源；‑设置为允许所述电流源交替地与所述第一电压源并联或与所述第二电压源并联连接的开关装置。

Description

用于控制网格网络中电流的分布的功率通量控制设备

技术领域

本发明涉及一种旨在用于网格网络中的功率通量控制设备。本发明的设备尤其可用于高压直流电网格网络中。

背景技术

网络是旨在将设备(或终端)彼此连接以使得它们交换能量的架空线路或缆线(以下称为“连接线”)的集合。在直流电网络中，提供或消耗能量的设备一般是称为“转换站”的电力电子转换器。

如果网络是网格的，电流对于从一个转换站到另一个具有数条可行路径。连接线中的电流根据连接线的特征(对于直流电网络，该特征是连接线的阻抗)分布。

图1示出设有单个网格的网格网络。该网络由此包括各自处于确定电压的三个节点和三条连接线：将第一节点连接到第二节点的第一连接线、将第一节点连接到第三节点的第二连接线、和将第二节点连接到第三节点的第三连接线。

例如，在图1所示的网络上，三个电压V_a、V_b、V_c表示由转换站施加的电压。三个阻抗R1、R2、R3表示连接线的阻抗。

每个转换站能够向网络注入或从网络提取功率。在该配置中，每条连接线中的电流(I₁、I₂、I₃)不受转换站控制。实际上，每个转换站在其所连接的节点处将确定的电压施加给网络。尽管每个转换站中的电流小于其最大电流，但仍可能会达到一种操作点，在该操作点，一条连接线被大于其最大电流的电流穿过而网络中其它连接线(可用于转移能量)处于欠载。

在如图1所示的架构中，在转换站B和C给网络提供能量且转换站A接收能量的情况下，电流对于从站B到站A具有两条可行路径：

-电流可直接经过第一连接线11，或者

-电流可经过两条连接线13和12。

其路径将尤其根据连接线的阻抗和由网络的转换站施加的电压的数值确定。

已经在现有技术中提出用于确保网格网络的连接线中的更佳分布的解决方案。

在专利申请WO2012/037957A1中说明的解决方案在于插入电力电子转换器以改变连接线的端部处的电压。

其它解决方案在于插入与连接线串联的电压源，如图2中示意性所示。对该电压的调节允许改变网络中电流的分布。为此，在专利申请WO2010/115452A1、WO2013/013858A1中已经说明了不同的架构。

在申请EP3007301A1和EP3007300A1中还说明了添加与两条交替的连接线串联连接的电压源的转换器。然而，该类型的结构具有以下限制：电流(在这些文献中的I_IN1和I_IN2)必须具有相同的正负号(I_C交替地等于I_IN1和-I_IN2)，该结构在多于两条的连接线连接到第三连接线(I_OUT)并在操作情况下产生更多的谐波的情况下是不可延展的。

在图3中示意性地示出的且在专利申请WO2013/178807A1中描述的另一解决方案在于插入各自与单独的连接线串联的两个电压源V_X1、V_X2，和与转换站串联的电压源V_X0。在该图中，双箭头指示源之间的能量交换能力。

该类型解决方案具有三个自由度，而系统仅需满足两个限制条件：

-允许调节连接线中的电流的V_X＝V_X1-V_X2，和

-稳态下(考虑效率为1)功率等式V_X1I₁+V_X2I₂-V_X0I_a＝0。

它因此具有比所需的更多的自由度，且因此比所需的更加复杂。

本发明的第一目的在于提出一种无需投资新连接线就允许增大这样的网格网络的传输能力并避免连接线的堵塞(电流高于标称电流)的解决方案。

本发明的第二目的在于提出一种允许实现该第一目的的且旨在连接在直流电网格网络中的功率通量控制设备，该设备：

-具有简单且低成本的架构；

-易于安装和控制；

-能够适于网格网络的不同架构和操作方式。

本发明的设备还会适于在交流电网格网络中操作。

发明内容

这两个目的通过旨在用于直流电网格网络中的功率通量控制设备来实现，网格包括各自处于确定电压的至少三个节点和称为第一连接线、第二连接线和第三连接线的三条连接线，第一连接线将第一节点连接到第二节点，第二连接线将第一节点连接到第三节点，第三连接线将第二节点连接到第三节点，其特征在于，所述设备包括：

-旨在串联连接到第一连接线的第一端子，旨在串联连接到第二连接线的第二端子，和旨在连接到第一节点的第三端子；

-连接在设备的第一端子与设备的第三端子之间的、包括至少一个第一电容器的第一电压源；

-连接在设备的第二端子与设备的第三端子之间的、包括至少一个第二电容器的第二电压源；

-电流源，该电流源交替地连接到第一电压源和第二电压源，且配置为确保第一电压源与第二电压源之间的能量转移，所述电流源包括至少一个电感器；

-开关装置，该开关装置设置为允许所述电流源交替地与第一电压源并联或与第二电压源并联连接，该开关装置包括：

ο与第一电压源并联地连接在设备的第一端子与第三端子之间的第一集合的两个第一开关，该第一集合的两个开关在它们之间限定第一连接中点；

ο与第二电压源并联地连接在第二端子与第三端子之间的第二集合的两个第二开关，该第二集合的两个开关在它们之间限定第二连接中点；

ο连接在第二端子与第一集合的开关的第一中点之间的第三开关；

ο连接在第一端子与第二集合的开关的第二中点之间的第四开关；

-控制装置(21)，该控制装置配置为控制所述开关装置以实现所述电流源交替地与第一电压源并联或与第二电压源并联地所述连接，并经由所述电流源控制第一电压源与第二电压源之间的能量转移。

根据具体实施例，第一电压源包括至少一个电容器。

根据具体实施例，第二电压源包括至少一个电容器。

根据具体实施例，电流源包括至少一个电感器。

根据具体实施例，开关装置包括六个开关：

-与第一电压源并联地连接在设备的第一端子与第三端子之间的第一集合的两个第一开关，该第一集合的两个开关在它们之间限定第一连接中点；

-与第二电压源并联地连接在设备的第二端子与第三端子之间的第二集合的两个第二开关，该第二集合的两个开关在它们之间限定第二连接中点；

-连接在第二端子与第一集合的开关的第一中点之间的第三开关；

-连接在第一端子与第二集合的开关的第二中点之间的第四开关。

根据具体实施例，电感器连接在第一中点与第二中点之间。

根据具体实施例，每个开关根据以下参数的正负号来选择：

-电流I₁；

-电流I₂；

-比值I₁/I₂；

-差值I₁-I₂；

-差值V_x＝V₁-V₂；

-比值

其中：

-I₁对应于在第一连接线中流通的电流；

-I₂对应于在第二连接线中流通的电流；

-V₁对应于第一电压源的端子处的电压；

-V₂对应于第二电压源的端子处的电压。

根据另一具体实施例，每个开关选自：

-开路；

-短路；

-二极管；

-不可逆控制开关；

-电流可逆控制开关；

-电压可逆控制开关；

-电流和电压可逆控制开关；

-仅机械开关；

-与二极管串联的机械开关；

-与控制开关串联的机械开关。

根据具体实施例，所述开关装置和所述电流源分布在几个相同的转换块中，并且其中，设备包括单独地连接到第一端子、第二端子和第三端子的第一转换块。

根据具体实施例，所述设备包括所述设备的旁通系统，该旁通系统由所述控制装置控制并包括与每个电压源并联设置的开关装置。

根据具体实施例，所述旁通系统包括用于对每个电压源放电的控制装置。

本发明还涉及如上所述的设备在直流电网格网络中的用途，所述网络包括各自处于确定电压的至少三个节点和称为第一连接线、第二连接线和第三连接线的三条连接线，第一连接线将第一节点连接到第二节点，第二连接线将第一节点连接到第三节点，第三连接线将第二节点连接到第三节点。

此外，所述设备可适于实现其它目的，尤其是：

-以最小化损耗的方式将电流分布在网络中；

-控制电流在连接线中的分布，并由此例如消除连接线中的电流以例如打开接触件以进行网络的重新配置操作；

-平衡连接线中的电流，尤其是在混合(双电极/单电极(例如插入双电极网络中的“分接转换器”))网络的情况下。

附图说明

其它特征和优点将由以下参照附图做出的详细说明显现，在附图中：

-图1示出具有单一网格的最小网格网络；

-图2和3示意性地示出现有技术中的已知解决方案；

-图4A示意性地示出集成在网格网络中的本发明的功率通量控制设备；

-图4B示意性地示出集成在网格网络中的本发明的功率通量控制设备的实施例；

-图5示出集成在网格网络中的本发明的功率通量控制设备的总体架构；

-图6A至6I示出本发明的功率通量控制设备的、响应第一系列的需求的几个实施例；

-图7A至7K示出本发明的功率通量控制设备的、响应第二系列的需求的几个实施例；

-图8示出本发明的设备在更加复杂的网格网络中的演变；

-图9示出用于本发明的设备中的所谓的“旁通”系统。

具体实施方式

本发明的功率通量控制设备旨在用于优选地为高压的直流电的网格网络中。根据其配置，它也可用于交流电网格网络中。在下文将可见，开关装置包括电流和电压可逆功率开关时会是这样的情况。

如在上文中结合图1所述，网格网络最简单地呈三个互连节点的形式。

每个节点有利地直接或间接地连接到一个或几个转换站。转换站A由此连接到第一节点。转换站B由此连接到网络的第二节点。转换站C由此连接到网络的第三节点。

每个转换站旨在功率注入到网络中将或从网络提取功率。

每个转换站旨在将电流注入网络中或从网格网络提取电流。这对于转换站A是电流I_a，对于转换站B是电流I_b，对于转换站C是电流I_c。

在每个节点上由连接到该节点的站施加电压。电压V_a施加给网络的第一节点。电压V_b施加给网络的第二节点。电压V_c施加给网络的第三节点。

第一连接线11将第一节点连接到第二节点。第二连接线12将第一节点连接到第三节点。

每条连接线可由架空线路、线缆或允许传输电流的任何其它解决方案形成。

如上所述，在站B和C在网格网络上提供能量而站A接收该能量的配置中，电流I_b和I_c可具有两条路径来到达站A。在图1中，由此在网络的每条连接线上流通有三道电流I₁、I₂和I₃。

参照图4A、4B和5，本发明的设备20包括：

-旨在连接到第一连接线的第一端子B1，旨在连接到第二连接线的第二端子B2，和旨在连接到第一节点的第三端子B3；

-连接在设备的第一端子与设备的第三端子之间的第一电压源；

-连接在设备的第二端子与设备的第三端子之间的第二电压源；

-电流源(作为电感器示出)，该电流源连接到第一电压源(作为电容器示出)和第二电压源(作为电容器示出)，并用于确保第一电压源与第二电压源之间的能量转移；

-设置为允许以确定的配置连接所述电流源的开关装置。根据本发明的一个特点，这尤其会是使得电流源交替地与第一电压源并联或与第二电压源并联连接；

-控制装置21，该控制装置配置为控制所述开关装置以实现所述电流源交替地与第一电压源并联或与第二电压源并联的所述连接，并经由所述电流源控制第一电压源与第二电压源之间的能量转移。

当然，必须将三个端子B1、B2、B3视为同等的。设备的三个端子B1、B2、B3分别与三条连接线11、12、13的连接因此不是限制性的。设备可以以其端子以不同的方式连接到连接线的方式插入网络中。由于设备包括三个端子并且网络包括三条连接线，由此会有设备在网络中的六种持续连接配置。

在本申请中不详细说明所述控制装置21。它们有利地包括旨在产生控制信号以确保交替控制的处理单元，和可选地适于所使用的开关装置的控制单元(“驱动器”)。这些控制装置有利地构成本发明的设备20的一部分。

第一电压源可包括具有确定电容的至少一个第一电容器C₁。

第二电压源可包括具有确定电容的至少一个第二电容器C₁。

电流源可包括电感器L。

开关装置尤其包括一个或几个电力电子开关。

两个电容器C₁、C₂两者都连接到设备20的第三端子B3，并且具有的其另一端子分别连接到设备的第一端子B1和第二端子B2以连接到两条连接线11、12，期望控制这两条连接线的电流(I₁、I₂)。

作为实施例变型，两个电容器(C₁、C₂)中的一个可连接在端子B1与B2之间，而另一个电容器则保持连接在端子B1与B3或B2与B3之间。

电力电子开关的构成和它们的设置一方面取决于在连接线中流通的电流(I₁和I₂)的正负号，另一方面取决于必须加入网格——该网格的电流期望得到控制——的电压(V_x＝V₁-V₂)的正负号。开关装置的结构因此根据将在网络中插入所述设备的网络和目标操作点来选择。

图4B示出包括几个相同的转换块的所述设备的一个具体实施方式。每个转换块200、201、202包括三个端子，各自单独地连接到端子B1、端子B2和端子B3。

三个转换块是相同的，并且每个包括至少一个电感器和开关装置。每个转换块的架构和它们在设备中的关联尤其允许实现将在下文中说明的所有拓扑结构，以响应所有可行的运行情况或需求。

具有几个相同的转换块的该模块化架构尤其允许确保如果一个块出现故障则以降级模式操作，并通过以组合流水线生产的基础转换器来制造具体转换器而降低制造成本。

此外，通过控制，该架构在连接线中的电流和电容器的端子处的电压的振荡方面具有某些优点。由此可容易地使得转换块200、201、202的控制相互错开(以T/N的错开的顺序按周期T控制N个块)。还也可使得耦合转换块的电感器(在同一磁路上)，允许限制所使用的磁路的数量。

在本说明书下文中以及附图中，晶体管应理解为可代表一个或几个串联和/或并联布置的晶体管以确保设备操作。对于每个二极管或每个电容器也是同样的，每个二极管可以是串联和/或并联连接的一组几个二极管，每个电容器可以是串联和/或并联连接的一组几个电容器。

在双电极网络中或在对称单电极网络中，所提出的设备的结构要安装在两个电极上。

在图5中所示的所述设备的最具一般性的架构中，开关装置包括六个开关：

-(与第一电压源、即第一电容器C₁并联地)连接在设备20的第一端子B1与第三端子B3之间的第一集合的两个开关S₁、S₂，这两个开关S₁、S₂在它们之间限定第一连接中点；

-(与第二电压源、即第二电容器C₂并联地)连接在第二端子B2与第三端子B3之间的第二集合的两个开关S₅、S₆，这两个开关S₅、S₆在它们之间限定第二连接中点；

-连接在设备20的第二端子B2与第一集合的开关的第一中点之间的开关S₃；

-连接在设备20的第一端子B1与第二集合的开关的第二中点之间的开关S₄。

在该一般性架构中，电感器L连接在第一中点与第二中点之间。

则开关装置的每个开关可根据以下数值的正负号来选择：

-电流I₁；

-电流I₂；

-比值I₁/I₂；

-差值I₁-I₂；

-差值V_x＝V₁-V₂；

-比值

这些数值的正负号限定了什么是在下文中所谓的“操作情况”。此外，在一般性架构中限定的某些开关可根据所期望的操作情况的数量被去除(开路)。

参照图6A至6I，由此提出几个架构以响应不同的操作情况。当然，必须理解，以下说明的情况的清单不是排他的，当然可以考虑其它情况。某些调整则是必需的以获得尤其考虑到所期望的操作情况的数量的优化设备。在以下所述的不同情况中，在不同的实施例中，只要构件至少在它们的功能上保持相同，则保留附图中添加的附图标记。

在每个操作情况中，开关S₁至S₆根据具体实施例来选择以响应需求。非排他地且非限制性地，每个开关则会根据以下列出的实施例中的一个来选择：

-开路(即没有任何电气连接)；

-短路(即永久性连接)；

-二极管；

-不可逆控制开关(例如：IGBT或BJT)；

-电流可逆控制开关(例如：具有并联的二极管的IGBT或MOSFET)；

-电压可逆控制开关(例如：IGBT和串联的二极管)

-电流和电压可逆控制开关(例如：具有串联的二极管的两个IGBT)；

-仅机械开关；

-具有二极管的串联的机械开关；

-具有控制开关的串联的机械开关；

-可能地，这些实施例中几个的组合。

以下说明的第一系列的实施例涉及电流I₁和I₂总是具有相同的正负号。

-I₁>0、I₂>0且Vx>0的情况——图6A

在该实施例中，由此有：

-S₁＝开路

-S₂＝IGBT

-S₃＝二极管

-S₄＝开路

-S₅＝短路

-S₆＝开路

在图6A中，晶体管T可以是双电极类型的、场效应的(MOSFET)、GTO(可能地是不对称的，即不支持逆电压)或IGCT(可能地是不对称的)。

晶体管T控制为以占空比α闭合。当晶体管T导通时，V_L＝V₁。当晶体管打开时，在假设电感器中的电流总不消失的情况下，二极管D是导通的，V_L＝V₂。在稳态下，电感器的端子处的等于aV₁+(1-α)V₂的平均电压必须为零。V₁和V₂因此具有不同的正负号。电容器中的平均电流在稳态下为零，因此I_L的平均值等于I。晶体管中的平均电流等于I₁和αI_L，因此I₁＝αI。同样地，I₂＝(1-α)I。占空比α因此允许调节电流I在连接线11和12中的分布，这是所期望的效果。

-I₁<0、I₂<0且V_x>0的情况——图6B

对于该情况，晶体管和二极管交换位置。操作原理与前一情况相同。

-I₁>0、I₂>0且V_x<0的情况——图6C

这是对前述情况的简单调整。

-I₁<0、I₂<0且V_x<0的情况——图6D

这是对前述情况的简单调整。

-I₁>0、I₂>0且V_x具有任意正负号(Vx的正负号可在操作时改变)的情况——图6E

-S₁＝开路

-S₂＝IGBT+二极管

-S₃＝IGBT+二极管

-S₄＝开路

-S₅＝短路

-S₆＝开路

对于该需求，开关必须是电压可逆的。由此，将使用与二极管串联的晶体管(如图6E中所示)或(支持逆电压的)对称GTO晶闸管或对称IGCT晶闸管。

-I₁<0、I₂<0且V_x具有任意正负号(V_x的正负号可在操作时改变)的情况——图6F

这是对前一操作情况的调整。

-V_x>0且I₁和I₂具有相同但可改变的正负号(I₁>0且I₂>0或I₁<0且I₂<0)的情况——图6G

在该情况中，开关是电流可逆但电压不可逆的。将使用可能地与二极管并联的场效应晶体管，或与二极管并联的IGBT类型的晶体管，或与二极管并联的GTO类型(可能地是不对称的)的晶体管，或与二极管并联的IGCT类型(可能地是不对称的)的晶体管。

-V_x<0且I₁和I₂具有相同但可改变的正负号(I₁>0且I₂>0或I₁<0且I₂<0)的情况——图6H

这是对前一操作情况的调整。

-V_x具有任意正负号且I₁和I₂具有相同但可改变的正负号(I₁>0且I₂>0或I₁<0且I₂<0)的情况——图6I

对于该需求，将使用电压和电流可逆开关(与晶体管和二极管串联和并联，或与GTO、IGCT反并联，或与MOSFET反串联)。

以下说明的第二系列的实施例涉及电流I₁和I₂总是具有不同的正负号。

-I₁>0、I₂<0且I和V_x具有任意但不同的正负号(I/V_x<0)的情况——图7A

在该操作情况中，则具有如下的配置：

-S₁＝二极管

-S₂＝IGBT

-S₃＝开路

-S₄＝开路

-S₅＝IGBT

-S₆＝二极管

对于该实施例，一个可行的控制方式如下。晶体管T₁和T₂控制为以占空比α同时闭合。当晶体管闭合时，电压V_L则等于V₁。假设连续导电(I_L从不消失)，当晶体管被控制打开时，二极管变得是导通的，电压VL则等于-V₂。电感器端子处的平均电压等于αV₁-(1-α)V₂。

在稳态下，该电压平均为零。因此：

V₁＝(1-α)/αV₂

电压V₁和V₂因此具有相同的正负号(对于在此选择的开关，必须是正的)，并且加入网络网格中的电压为：

V_x＝V₁-V₂＝(1-2α)/(1-α)V₁＝(1-2α)/αV₂

该电压因此根据α是否大于0.5而改变正负号。

在稳态下，电容器中的平均电流为零。晶体管T₁(该晶体管在周期的α的部分期间是导通的)中的平均电流因此等于I₁(实际上，当其导电时为I₁/α，在其余时间为零)。当晶体管T₁导电时，穿过该晶体管的电流等于I_L。因此I₁/α等于I_L。同样地，-I₂/(1-α)等于I_L。因此：

I₁＝αI₂/(1-α)

该最后的结果明显示出电流I₁和I₂因此必须具有相反的正负号。

由于I＝I₁+I₂，得到：

I₁＝-(1-2α)/αI且I₂＝(1-2α)/(1-α)I

因此观察到，对占空比α的调节允许调节电流I在连接线11和12之间的分布，这是所期望的效果。

还观察到即使连接线11、12中的电流的方向不改变，电流I(转换站A中的电流)也可改变正负号。在此示出的实施例适于正V₁、V₂、I₁和负I₂，其中，α的数值允许使得转换站的电流分布在连接线11和12之间。转换站A中的电流I和加入网格中的电压V_x可改变正负号，但必须总是I/V_x<1(具有任意但不同的正负号的量)，这是因为V_x＝(1-2α)/αV₂且I＝-α/(1-2α)I₁，并且开关选择为V₂>0和I₁>0。因此：

-或者V_x>0且I<0，则α<0.5；

-或者V_x<0且I>0，则α>0.5。

-I₁<0、I₂>0且I和V_x具有任意但不同的正负号(I/V_x<0)的情况——图7B

操作原理与前一情况中的相同。这只是对调不同参数的角标1和2。

-I₁>0、I₂<0且I和V_x具有任意但相同的正负号(I/V_x>0)的情况——图7C

除了V₁和V₂是负的，操作原理与前两个情况中的相同。

-I₁<0、I₂>0且I和V_x具有任意但相同的正负号(I/V_x>0)的情况——图7D

这是对前一实施例的调整。

-I₁>0、I₂<0且I和V_x具有任意正负号(比值I/V_x可改变正负号)的情况——图7E

操作原理是相同的，但V₁和V₂根据所加入的电压V_x而改变正负号。因此开关选择为是电压可逆的。

-I₁<0、I₂>0且I和V_x具有任意正负号的情况——图7F

这是对前一实施例的调整。

-I/V_x>0且I₁和I₂具有可改变的正负号但I₁和I₂总是具有相反的正负号(I₁/I₂<0)的情况——图7G

在该实施例中，每个开关由晶体管与并联的二极管的关联代替。开关设置为确保适于需求的操作。

-I/V_x<0且I₁和I₂具有可改变的正负号但I₁和I₂总是具有相反的正负号(I₁/I₂<0)的情况——图7H

这是对前一实施例的调整。

-V_x和I是任意的，且I₁和I₂具有可改变的正负号但I₁和I₂总是具有不同的正负号(I₁/I₂<0)的情况——图7I

在该实施例中，每个开关由两个晶体管与两个二极管的关联代替以实现电流和电压可逆开关。开关设置为确保适于需求的操作。

-I₁>0、I₂具有任意正负号，V_x>0且I>0的情况——图7J

对于该需求，则具有如下配置：

-S₁＝并联的二极管和IGBT

-S₂＝串联的二极管和IGBT

-S₃＝开路

-S₄＝串联的二极管和IGBT

-S₅＝串联的二极管和IGBT

-S₆＝并联的二极管和IGBT

在此示出根据适于I₁、V_x和I为正并且I₂具有可改变的正负号的情况的前述原理的转换器。在此，没有使用开关S₃。

此外，在某些实施例中，还可用简单的机械接触件来代替晶体管，尤其是当电流I₁或I₂中一个改变正负号时。图7K由此示出图7J的架构的变型实施例，其中，某些晶体管和二极管已被机械接触件代替。该解决方案允许减少导通状态下的损耗和半导体构件的数量。

当机械接触件CM1和CM2闭合时，接触件CM3和CM4打开，反之亦然。在第一情况中，操作与图6A的实施例的相同。在第二情况中，操作与图7C的实施例的相同。

当然，如前所述，必须理解，还存在其它可能的实施例，这些其它可能的实施例没有在本申请中说明，但像以上已经说明了的实施例一样源自对图5中所示的设备的一般性架构的调整。

参照图8，还应该理解，所述设备的结构可扩展到网格网络中多于两条的连接线连接到转换站A的网格网络。在图8中，三条连接线由此连接到转换站A，在这三条连接线上分别流通电流I1、I2和I3。在该图中，开关以通用的形式示出，且因此考虑到所涉及的不同电流和不同电压的可能的正负号，开关能够采用适于操作情况的架构。

根据本发明的另一方面，还可设置一种本发明的功率通量控制设备的所谓的“旁通”(即绕过)系统，以当该设备无用时绕过该设备。“旁通”系统允许避免使得网络完全断电。

该系统在图9中可见。该系统有利地构成所述功率通量控制设备的一部分。所述设备的控制装置21配置为确保对该旁通系统的控制。

在图9中，开关装置和电感器被示出为处于包括以下的同一转换块203中：连接到端子B3的端子B30、连接到电容器C1的端子B10和连接到电容器C2的端子B20。

“旁通”系统包括允许对电容器C1放电的第一电阻器R_1a和允许对第二电容器C2放电的第二电阻器R_2a。第一电阻器R_1a一方面连接到第一端子B1和端子B10。第二电阻器R_2a一方面连接到第二端子B2和端子B20。第一开关CM_1a与第一电阻器R_1a并联连接，且第二开关CM_2a与第二电阻器R_2a并联连接。开关CM_1b连接在第一端子B1与第三端子B3之间。开关CM_2b连接在第二端子B2与第三端子B3之间。

开关CM_1a、CM_1b、CM_2a和CM_1b可由接触器的机械接触件来实现。在此没有示出致动这些开关的设备。

当功率通量控制设备没有使用时(状态1)：

-开关CM_1b和CM_2b闭合；

-开关CM_1a和CM_2a可处于稳态下的任何状态中。

当功率通量控制设备被使用时(状态2)：

-开关CM_1a和CM_2a闭合(以使得网络的电流不穿过放电电阻器，该穿过会产生损耗)；

-开关CM_1b和CM_2b打开。

为了从状态1切换到状态2，开关CM_1a和CM_2a闭合，而开关CM_1b和CM_2b打开。

为了从状态2切换到状态1，开关CM_1a和CM_2a打开，而开关CM_1b和CM_2b闭合。

由此，功率通量控制设备被短路，且电容器放电到电阻器中。在电容器放电之后，开关CM_1a和CM_2a可闭合以准备随后的通电。所提出的解决方案因此允许从不中断连接线中的电流。从一个状态切换到另一个的顺序以不使电容器短路的方式实现。

作为实施例变型，施加给功率通量控制设备的开关装置的控制可消除电容器的端子处的电压(通过调节占空比)。如果实施该控制功能性，电阻器和开关CM_1a和CM_2a可省掉，且仅保留开关CM_1b和CM_2b。

由以上可理解，本发明的解决方案具有多个优点。它不投资安装新连接线就允许增大直流电网格网络的传输能力，避免连接线的堵塞。

而且，本发明的解决方案可用于执行以下功能：

·它还可用于使得电流以最小化网络中的损耗的方式分布在网络中。

·由于本发明允许控制连接线中的电流，它可用于消除连接线中的电流。这对于打开接触器以进行网络重新配置运作是有用的。

·在混合网络(例如双电极/单电极(插入双电极网络的“分接转换器”))的情况中，本发明可用于平衡连接线中的电流。

还应该指出的是，所述设备没有任何部分(像在现有技术中的情况那样)承受存在于连接线的导体与地之间的电压。在设备的端子处必须出现的电压具有的量级为存在于所考虑的网络的网格中的压降(对于所考虑的例子为R₁I₁-R₂I₂+R₃I₃)，即比存在于连接线的导体与地之间的电压(例如V_a)小得多的电压。此外，所述设备不与交流电网络交换能量，因此不存在任何与后者绝缘的问题。因此，这是一种转换器，该转换器相对于地处于高电势，但在其端子处不具有非常高的电压。

Claims (8)

1.一种功率通量控制设备，旨在用于直流电网格网络中，网格包括各自处于确定电压的至少三个节点和称为第一连接线(11)、第二连接线(12)和第三连接线(13)的三条连接线，所述第一连接线将第一节点连接到第二节点，所述第二连接线将第一节点连接到第三节点，所述第三连接线将第二节点连接到第三节点，其特征在于，所述设备包括：

-旨在串联连接到所述第一连接线(11)的第一端子(B1)，旨在串联连接到所述第二连接线(12)的第二端子(B2)，和旨在连接到所述第一节点的第三端子(B3)；

-连接在所述设备的第一端子(B1)与所述设备的第三端子(B3)之间的、包括至少一个第一电容器(C₁)的第一电压源；

-连接在所述设备的第二端子(B2)与所述设备的第三端子(B3)之间的、包括至少一个第二电容器(C₂)的第二电压源；

-电流源，所述电流源交替地连接到所述第一电压源和所述第二电压源，且配置为确保所述第一电压源与所述第二电压源之间的能量转移；所述电流源包括至少一个电感器(L)；

-开关装置，所述开关装置设置为允许所述电流源交替地与所述第一电压源并联或与所述第二电压源并联连接，所述开关装置包括：

ο与所述第一电压源并联地连接在所述设备的第一端子(B1)与第三端子(B3)之间的第一集合的两个第一开关(S₁、S₂)，所述第一集合的两个开关(S₁、S₂)在它们之间限定第一连接中点；

ο与所述第二电压源并联地连接在所述第二端子(B2)与所述第三端子(B3)之间的第二集合的两个第二开关(S₅、S₆)，所述第二集合的两个开关(S₅、S₆)在它们之间限定第二连接中点；

ο连接在所述第二端子(B2)与所述第一集合的开关的第一中点之间的第三开关(S₃)；

ο连接在所述第一端子(B1)与所述第二集合的开关的第二中点之间的第四开关(S₄)；

-控制装置(21)，所述控制装置配置为控制所述开关装置以实现所述电流源交替地与所述第一电压源并联或与所述第二电压源并联地所述连接，并经由所述电流源控制所述第一电压源与所述第二电压源之间的能量转移。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，电感器(L)连接在所述第一中点与所述第二中点之间。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，每个开关根据以下参数的正负号来选择：

-电流I₁；

-电流I₂；

-比值I₁/I₂；

-差值I₁-I₂；

-差值V_x＝V₁-V₂；

-比值

其中：

-I₁对应于在所述第一连接线中流通的电流；

-I₂对应于在所述第二连接线中流通的电流；

-V₁对应于所述第一电压源的端子处的电压；

-V₂对应于所述第二电压源的端子处的电压。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，每个开关选自：

-开路；

-短路；

-二极管；

-不可逆控制开关；

-电流可逆控制开关；

-电压可逆控制开关；

-电流和电压可逆控制开关；

-仅机械开关；

-与二极管串联的机械开关；

-与控制开关串联的机械开关。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，所述开关装置和所述电流源分布在几个相同的转换块(200、201、202)中，并且其中，所述设备包括单独地连接到所述第一端子(B1)、所述第二端子(B2)和所述第三端子(B3)的第一转换块。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括所述设备的旁通系统，所述旁通系统由所述控制装置(21)控制并包括与每个电压源并联设置的开关装置。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述旁通系统包括用于对每个电压源放电的控制装置。

8.一种根据前述权利要求之一所述的设备在直流电网格网络中的用途，所述网络包括各自处于确定电压的至少三个节点和称为第一连接线、第二连接线和第三连接线的三条连接线，所述第一连接线将第一节点连接到第二节点，所述第二连接线将第一节点连接到第三节点，所述第三连接线将第二节点连接到第三节点。

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