CN111293910A - 串联模块化变流装置 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及串联模块化变流装置。变流装置包括：第一和第二dc连接点；第一串模块化多电平变流器，连接在这些点之间、并且包括连接到第一dc连接点的至少一个第一变流器，其中每个变流器包括由ac系统提供的每相一个的ac端子组；以及多个变压器，包括连接到该第一串变流器的至少一个变压器，每个变流器的ac端子组连接到对应的第一组星形连接变压器绕组，其中该第一组磁耦合到对应的第二组变压器绕组。还存在与第一变流器相关联的第一旁路模块，其连接在连接点与连接到第一变流器ac端子的第一数目的星形连接绕组的中性点之间。该模块包括晶闸管，其在检测到第一变流器与对应的第一组绕组之间的故障时被触发。

Description

串联模块化变流装置

技术领域

本发明涉及一种在直流与交流之间变流的变流装置，并且涉及一种处理这种变流装置的内部故障的方法。

背景技术

模块化多电平变流器(MMC)在许多不同领域和拓扑中的使用已经变得引人关注。例如，感兴趣的是提供一种变流装置，其使用MMC以用于在交流(ac)与直流(dc)之间变流。为了提供这种装置，可以在dc链路的两个DC连接点之间将多个变流器连接在串中，其中该连接点中的一个连接点是到dc链路的一极的连接点，并且其中每个变流器可以被附加地分别连接到ac系统。

在这种变流装置中，内部ac连接可能经受故障。因此在该变流装置内可能存在ac故障。该故障可能对于串中最靠近极的变流器尤其有害。

处理该故障的一种方法是通过将dc链路电压减小到零。然而，这种减小可能增加通过变流器的峰值电流，并且因此是不期望的。

因此，需要一种处理这种故障的备选方案。

发明内容

本发明涉及处理在ac与dc之间变流的变流装置的ac连接上的内部故障。

根据第一方面，该目的通过一种变流装置来实现，该变流装置在直流(dc)与交流(ac)之间变流并且包括：

第一和第二dc连接点，

第一串模块化多电平变流器，连接在第一与第二dc连接点之间、并且包括连接到第一dc连接点的至少一个第一模块化多电平变流器，其中每个变流器包括两个dc端子，以及针对由ac系统提供的每相一个的多个ac端子，以及

多个变压器，包括连接到该第一串模块化多电平变流器的至少一个第一变压器，

其中第一dc连接点被设置用于连接到dc链路的第一极，并且每个变流器的ac端子组被连接到对应的第一组星形连接变压器绕组，第一组变压器绕组被磁耦合到对应的第二组变压器绕组以用于连接到ac系统，

该装置还包括与第一变流器相关联的第一旁路模块，该第一旁路模块：

连接在第一dc连接点与连接到第一变流器的ac端子的第一数目的星形连接绕组的中性点之间，以及

包括晶闸管，该晶闸管被配置为：在检测到第一变流器与对应的第一组绕组之间的故障时被触发，以用于限制通过第一变流器的电流。

根据第二方面，该目的通过一种处理在直流(dc)与交流(ac)之间变流的变流装置的内部故障的方法来实现，该变流装置包括：第一和第二dc连接点；第一串模块化多电平变流器，连接在第一与第二dc连接点之间、并且包括连接到第一dc连接点的至少一个第一模块化多电平变流器，其中每个变流器包括连接在第一串中的两个dc端子，以及针对由ac系统提供的每相一个的ac端子组；以及多个变压器，包括连接到该第一串模块化多级变流器的至少一个变压器，

其中第一dc连接点被连接到dc链路的第一极，并且每个变流器的ac端子组被连接到对应的第一组星形连接变压器绕组，第一组变压器绕组被磁耦合到对应的第二组变压器绕组，第二组变压器绕组又被连接到ac系统，

该装置还包括与第一变流器相关联的第一旁路模块，该第一旁路模块包括晶闸管，并且连接在第一dc连接点与连接到第一变流器的ac端子的第一组变压器绕组的中性点之间，该方法包括：

检测第一变流器与对应的第一组变压器绕组之间的故障，以及

在检测时触发晶闸管，以用于限制通过第一变流器的电流。

在上述结构中，变流装置的第二dc连接点可以被设置用于接地点。第一变流器可以进一步利用其dc端子中的第一dc端子而被连接到第一dc连接点，以及利用其dc端子中的第二dc端子而被连接到第一串中的第二变流器的第一dc端子。

连接到第一变流器的第一组绕组可以是第一三相变压器的第一侧的绕组，而第二组绕组可以是第一三相变压器中被设置用于连接到ac系统的第二侧的绕组。作为备选，第一组绕组可以是第一数目的单相变压器的第一侧的绕组，并且第二绕组可以是被设置用于连接到ac系统的、该第一数目的单相变压器的第二侧的绕组。

在第一方面的第一变型中，第一变流器被配置为在故障检测之后被阻断。

在第二方面的对应变型中，该方法还包括在故障检测之后阻断第一变流器。

在第一方面的第二变型中，第一变流器被配置为基于第一变流器经受超过电流操作范围的电流而被临时阻断，并且被配置为在电流返回到电流操作范围时被解除阻断。

在第二方面的对应变型中，第一变流器的阻断包括：基于第一变流器经受超过电流操作范围的电流而临时阻断第一变流器，随后在电流返回到电流操作范围时对第一变流器解除阻断。

在第一方面的第三变型中，第一串的所有变流器被配置为在检测到故障时被阻断。

在第二方面的对应变型中，因此可以在阻断第一串的所有变流器时执行第一变流器的阻断。

在第一方面的第四变型中，存在连接在第一变流器与ac系统之间的第一ac断路器。

该第一ac断路器可以连接在第一组绕组与第一变流器的ac端子之间、或者连接在第二组绕组与ac系统之间。

根据第一方面的第五变型，第一ac断路器被配置为在电流的限制之后被断开。

根据第二方面的对应变型，该方法还包括在电流的限制之后断开第一ac断路器。

该断开可以在故障检测之后的预定时间处被触发，并且在触发之后在通过第一ac断路器的电流的零水平处被执行。

根据第一方面的第六变型，每个变流器具有连接在其DC端子之间的旁路开关。

根据第一方面的第七变型，每个旁路开关被配置为在通过第一变流器的电流的限制之后被闭合，该闭合也可以在第一ac断路器的断开之后被执行。

在第二方面的对应变型中，该方法包括在通过第一变流器的电流的限制之后闭合每个旁路开关。

在第一方面的第八变型中，晶闸管通过接收控制信号而被触发，并且被配置为在旁路开关的闭合时停止接收控制信号。

在第二方面的对应变型中，晶闸管的触发通过供应控制信号来进行，并且还包括在通过第一变流器的电流的限制之后停止向晶闸管提供该控制信号，该停止可以在旁路开关的闭合时进行。

在第一方面的第九变型中，第一变流器包括多个子模块，该多个子模块至少包括具有双极电压贡献能力的一个子模块。

在第一方面的第十变型中，第一旁路模块包括机械开关。

在第一方面的第十一变型中，变流装置还包括故障处理单元，该故障处理单元被配置为操作变流器装置，该变流器装置通过检测到在第一变流器与连接到第一变流器的ac端子的第一组变压器绕组之间的故障而被触发，该故障处理单元被配置为在故障检测时触发晶闸管。

在第一方面的第十二变型中，变流装置还包括：第三dc连接点；第二串变流器，连接在第二与第三dc连接点之间、并且包括连接到第三dc连接点的至少一个最后变流器。该第二串中的每个变流器还包括：连接在第二串中的两个dc端子；以及针对由ac系统提供的每相一个的ac端子组；以及多个变压器，该多个变压器包括连接到第二串模块化多电平变流器的至少一个变压器。在这种情况下，第三dc连接点被设置用于连接到dc链路的第二极，并且第二串中的每个变流器的ac端子组被连接到对应的第三组星形连接变压器绕组，其中第三组绕组被磁耦合到对应的第四组变压器绕组以用于连接到ac系统。还存在与最后变流器相关联的另外的旁路模块，该另外的旁路模块连接在第三dc连接点与连接到第二串中的最后变流器的ac端子的第三组绕组的中性点之间，其中该另外的旁路模块包括晶闸管，该晶闸管被配置为在检测到第一变流器与对应的第三组绕组之间的故障时被触发，以用于限制通过最后变流器的电流。

本发明具有许多优点。由内部故障引起的峰值电流和跨第一变流器的过电压受到显著限制。因此，还可以减少第一变流器中的子模块的数目。通过使用单个晶闸管可以实现该子模块的减少。所要求的附加切换也是最少的，并且限于晶闸管的触发。

附图说明

下面将参考附图描述本发明，其中

图1示意性地示出了经由dc链路而被连接到ac系统并且被连接到第二变流装置的第一变流装置，

图2示意性地示出了包括第一旁路模块的第一变流装置的第一实现，

图3示意性地示出了第一旁路模块的变型，

图4示意性地示出了由变流装置的故障处理单元执行的、用于处理内部故障的多个方法步骤的流程图，以及

图5示意性地示出了包括第一旁路模块和第二旁路模块的第一变流装置的第二实现。

具体实施方式

在下文中，将给出本发明优选实施例的详细描述。

图1示出了经由直流(dc)链路14而被连接到第二变流装置12的第一变流装置10，该dc链路14包括第一极P1和接地连接GR。第一变流装置10还被连接到第一交流(ac)系统或电网16。

第一变流装置10被设置用于在ac与dc之间变流，并且由多个电压源变流器(VSC)构成或包括多个电压源变流器(VSC)，该多个电压源变流器被实现为模块化多电平变流器(MMC)、并且因此由子模块构成。

第二变流装置12同样可以使用可能呈MMC形式的VSC来实现。然而，它也可以形成为一个或多个电流源变流器(CSC)。dc链路14可以包括至少一个dc极P1，并且可选地还包括接地连接GR。在另外一些变型中，它可以附加地包括第二极(未示出)。

图2示出了第一变流装置10的第一实现的单线图，该第一变流装置10被设置用于非对称单极配置，即，用于仅包括第一极P1并且还可能包括接地连接GR的dc链路14。应该认识到，图2中的结构可以被修改以用于双极变流器结构中。

如上所述，变流器装置10包括多个模块化多电平电压源变流器20、22、24。如从图2中可以看出，它还包括多个变压器TR1、TR2和TR3，该多个变压器的数目在变压器为三相变压器的情况下是相同的。

第一变流装置10包括第一串变流器20、22和24，其中第一串中的每个变流器20、22和24是MMC。每个变流器还包括两个dc端子DCT1、DCT2，以及针对由第一ac系统16提供的每相一个的多个ac端子(ACT)。

在这种情况下，MMC由多个并联相臂组成，其中每个相臂包括多个级联子模块。子模块又可以具有双极电压贡献能力、例如被实现为全桥子模块，或者具有单极电压贡献能力、例如被实现为半桥子模块。子模块包括至少一个储能元件和多个开关，该多个开关被配置为将储能元件插入最多两个不同极性中的一个极性、或者被配置为旁路储能元件。

在装置10的一个版本中，每个相臂由具有双极电压贡献能力的子模块构成。在其他变型中，每个相臂可以由具有单极和双极电压贡献能力的子模块的混合物构成。由此可以看出，第一变流器20可以包括多个子模块，该多个子模块至少包括具有双极电压贡献能力的一个子模块。然而，应该认识到，也可以仅使用具有单极电压贡献能力的子模块。

因此，在变流器中，相臂并联连接在第一dc端子DCT1与第二dc端子DCT2之间，并且相臂的中点形成用于连接到AC系统16的对应ac相的AC端子，该AC系统16为三相ac系统。

如在图2中也可以看出，装置10包括第一连接点DC1和第二连接点DC2以用于连接到dc链路14，其中第一dc连接点DC1提供到第一极P1的连接，并且第二连接点DC2是用于连接到地GR的接地点。

此外，第一串中的变流器20、22和24使用dc端子DCT1、DCT2而被串联连接在第一dc连接点DC1与第二dc连接点DC2之间。还可以看出，每个变流器20、22和24的ac端子ACT被连接到对应的变压器TR1、TR2和TR3的第一侧，该变压器TR1、TR2和TR3的第二侧被连接到ac系统16。由于ac系统16是三相系统，因此每个变流器包括三个ac端子ACT、每相一个。变压器可以是三相变压器，其中第一侧是星形连接的。因此，连接到变流装置10中的对应变流器的变压器的第一侧的绕组是星形连接的。在这种情况下，连接到ac系统的变压器的第二侧上的绕组也是星形连接的。这里可以提到的是，第二侧上的其他连接是可能的，诸如三角形连接。作为使用三相变压器的备选方案，可以使用三个单相变压器，其中面向第一串中的变流器的第一侧是星形连接的。

因此，变流器的ac端子可以被连接到第一组星形连接变压器绕组，其中该第一组变压器绕组被磁耦合到对应的第二组变压器绕组。在这种情况下，第一组变压器绕组可以是三相变压器的第一侧的绕组、或者多个单相变压器的第一侧的单独的绕组，而第二组变压器绕组可以是三相变压器的第二侧的绕组、或者多个单相变压器的第二侧的单独的绕组。

在图2中的示例中，在dc连接点DC1与DC2之间串联连接有第一、第二和第三变流器20、22和24。第一变流器20的第一dc端子DCT1被连接到第一DC连接点DC1，并且第一变流器20的第二DC端子DCT2被连接到第二变流器22的第一DC端子DCT1。第二变流器22的第二DC端子DCT2被连接到第三变流器24的第一dc端子DCT1，并且第三变流器24的第二dc端子DCT2被连接到第二dc连接点DC2。

由此，第一变流器20的ac端子ACT经由第一变压器TR1而被连接到ac系统16，第二变流器22的ac端子ACT经由第二变压器TR2而被连接到ac系统16，并且第三变流器24的ac端子ACT经由第三变压器TR3而被连接到ac系统16。

还存在连接在第一变流器20与ac系统16之间的第一ac断路器CB1，其可以连接在第一变流器20与第一变压器TR1之间。可以特别地存在连接在每个变流器与其对应的变压器之间的ac断路器。在本示例中，变流器的ac端子因此经由专用的ac断路器而被连接到(一个或多个)对应的变压器中星形连接的第一组绕组。由此，第一变流器20的ac端子ACT经由第一ac断路器CB1而被连接到第一变压器TR1的第一侧上的星形连接的第一组绕组，第二变流器22的ac端子ACT经由第二ac断路器CB2而被连接到第二变流器TR2的第一侧上的星形连接的第一组绕组，并且第三变流器24的ac端子ACT经由第三ac断路器CB3而被连接到第三变流器TR3的第一侧上的星形连接的第一组绕组。

这里，变压器的第二侧上的第二组绕组进一步地可以被互连，并且可能经由另外的ac断路器(未示出)而被连接到ac系统16。用于将变流器20、22和24的ac端子ACT与AC系统16互连的结构也可以在变流装置10的内部。变流器的ac端子与对应的变压器之间的连接可以是ac母线，该ac母线因此在变流装置内是内部ac母线或内部ac连接。

每个变流器还设有旁路开关，这里由机械开关来例示，该旁路开关连接在变流器的dc端子之间。因此，每个变流器具有连接在其dc端子DCT1与DCT2之间的旁路开关。因此，第一机械旁路开关MS1连接在第一变流器20的第一dc端子DCT1与第二dc端子DCT2之间，第二机械旁路开关MS2连接在第二变流器22的第一dc端子DCT1与第二dc端子DCT2之间，并且第三机械旁路开关MS3连接在第三变流器24的第一dc端子DCT1与第二dc端子DCT2之间。

此外，还存在第一旁路模块26，其与第一变流器20相关联、并且连接在第一dc连接点DC1与第一变压器TR1的第一侧的中性点之间。由此，第一旁路模块26还连接在第一dc连接点与连接到第一变流器20的ac端子的第一数目的星形连接绕组的中性点之间。因此，第一旁路模块26连接在第一dc连接点DC1与形成在第一变压器TR1的第一侧绕组之间的接合点之间。第一旁路模块26包括连接在第一dc连接点DC1与第一变压器TR1的中性点之间的第一晶闸管TH1。在这种情况下，第一晶闸管TH1的阳极被连接到中性点，并且第一晶闸管TH1的阴极被连接到第一dc连接点DC1。

最后，存在故障处理单元28，其被配置为操作变流器装置以用于处理呈内部ac连接故障形式的故障，该处理可以包括控制以下项中的一项或多项：变流器20、22、24，机械开关MS1、MS2、MS3，第一断路器CB1以及第一旁路模块26。

图3示出了第一旁路模块26的变型，该第一旁路模块26包括前面提到的第一晶闸管TH1，其与另外的机械开关MS4串联连接。

如上所述，在变流装置10中可能发生内部ac故障(内部ac母线故障)，该故障F可能然后发生在变流器与对应变压器之间的连接上的相中，例如发生在第一变流器20与第一变压器TR1之间的相上、或者发生在第一变流器20与对应的第一组变压器绕组之间的相上。该故障可以例如是相接地故障或相间故障。在这种内部ac故障的情况下，变流器可能经受过电压，该过电压对于连接到第一极P1的第一变流器20而言通常是最严重的，因为该第一变流器20在最高dc电位中操作。

此外，在这种故障期间，零序电流将流过变流装置的变流器，这导致增加的峰值电流。

第一变流器20在第一变流器20与第一变压器TR1的第一组绕组之间的连接上的内部ac故障F之后立即经受过电流和过电压。减轻过电压的一种传统方法是将dc链路电压(即，第一极P1的电压)减小至零。然而，这种减小会增加由dc链路电压突然降低所引起的峰值电流。此外，使用传统方法无法处理峰值电流的增加。可能无法继续操作变流装置以减轻由于该过电流引起的过电压。

因此，需要一种在处理这种故障时的备选方案。

旁路模块26是处理该类型故障的这种备选方式。

现在还将参考图4来描述如何处理变流装置中的内部ac故障F，图4示出了由变流装置10的故障处理单元28执行的多个方法步骤的流程图。

在检测到故障之前，变流装置10在稳定状态中操作，在该稳定状态中，断路器CB1、CB2、CB3闭合，变流器20、22和24可操作以在ac端子ACT上形成三相ac波形，机械开关MS1、MS2和MS3断开，并且旁路模块26不导通。

在这种情形下，故障处理单元28可以通过检测故障本身或通过接收来自故障检测单元的通知，来获得第一变流器20与第一变压器TR1的第一组绕组之间的连接上的内部ac故障F的信息。作为示例，该故障可以通过检测第一变流器20与第一变压器TR1之间的ac连接的电压下降到低于故障阈值而被检测、或者通过检测第一变流器20处的过电压(可以通过检测到第一变流器20的子模块电压之和、即跨储能元件的电压之和超过最大电压电平来检测到该过电压)而被检测。另一种可能性是经由零序电流来检测故障。换言之，对于故障前状况而言，零序电流为零。如果测量的零序电流(例如从测量的单相电流计算的零序电流)增加到某个阈值以上，则可以假定已经发生故障。

因此，故障处理单元28可以操作通过检测第一变流器20与第一变压器TR1的第一组绕组之间的故障而被触发的变流器装置。由此，在检测到故障F时，步骤34，故障处理单元28通过触发第一晶闸管TH1来激活旁路模块，步骤36。因此，第一晶闸管TH1被配置为在检测到第一变流器20与第一变压器TR1的第一组绕组之间的故障F时被触发，该触发通过接收控制信号来进行。故障处理单元28因此将控制信号供应给晶闸管TH1。由此，第一dc连接点DC1与第一变压器TR1的第一侧上的星形连接的第一组绕组的中性点互连。以这种方式，dc电流和零序电流将流过晶闸管TH1而不是流过变流器20、22和24。因此，通过第一变流器的电流也受到限制。

第一变流器20还可以被配置为在故障检测之后被阻断。更特别可能的是，所有变流器都被配置为在检测到故障时被阻断。故障处理单元28在此后阻断、或同时阻断第一串中的至少一个变流器，并且有利地阻断所有变流器20、22和24，步骤38。

在通过第一变流器的电流已经被限制到合适的水平之后，可以中断第一变流器20与ac系统16之间的ac连接。这可以使用第一ac断路器CB1来完成。由此，第一ac断路器CB1可以被配置为在通过晶闸管TH1的触发来实现第一变流器20中的电流限制之后被断开。这可以通过故障处理单元28在故障检测之后的预定时间(诸如在故障检测之后的50ms)处触发该断开来完成。然后，当通过第一ac断路器CB1的电流达到零水平时，可以执行触发之后的实际断开。由此，故障处理单元28在限制到合适的水平之后断开第一断路器CB1、CB2和CB3，步骤40。

在限制通过第一变流器的电流之后并且还在第一ac断路器CB1的断开之后，故障处理单元28可以闭合机械旁路开关MS1、MS2、MS3，步骤42，使得电流从旁路模块26换向到机械旁路开关MS、MS2和MS3。同时，可以关闭在晶闸管的栅极处施加的控制信号，以用于去激活旁路模块26，步骤44。因此，晶闸管TH1可以被配置为在旁路开关MS1、MS2、MS3闭合时停止接收控制信号。换言之，故障处理单元28可以停止向晶闸管TH1供应控制信号。在去除栅极信号之后，晶闸管TH1可以被自然地关断，因为在导通三个变流器20、22和24的所有dc旁路开关MS1、MS2和MS3之后，通过该晶闸管TH1的电流变为零。

当旁路模块还包括机械开关MS4时，该机械开关MS4可以最初被闭合并保持闭合，直到针对旁路模块去激活的时间。然后可以断开开关MS4，以便一旦机械开关MS1、MS2和MS3闭合，就保证旁路模块26不再导通电流。

不使用旁路模块26的变流装置的传统阻断可能将第一变流器20的电容器电压增加多达高于该电容器标称值的450％。另一方面，通过采用旁路模块26，过电压可以被限制到高于标称电平的35％。同时，通过第一变流器的电流也是有限的。由此可以大大减少子模块的数目。

在上述示例性操作中，变流器被永久地阻断。作为备选而可能的是，旁路模块26的操作与第一变流器20的临时阻断相结合。因此，第一变流器20可以被配置为被临时阻断。

在这种情况下，故障处理单元28将旁路模块26设置为在以与上述相同的方式检测到故障之后开始导通。因此，在这种情况下，dc电流和零序电流也将流过旁路模块26而不是流过变流器。此后，故障处理单元28可以执行第一变流器20的阻断，该阻断在这种情况下是第一变流器20的临时阻断。临时阻断可以更特别地是基于该第一变流器经受过电流(即，电流超过电流操作范围)的临时阻断。只要通过其自身的峰值电流在操作范围内、例如低于5kA，第一变流器就可以保持操作。当变流器电流超过该限制时，变流器被临时阻断，直到电流减小到在操作范围内，此时第一变流器因此被解除阻断。作为示例，临时阻断可以执行5ms。即使变流器保持操作，在这种情况下电流也将被限制在合适的水平，并且第一断路器CB1被断开。

在第一ac断路器已经断开之后，用于每个串联变流器20、22和24的dc旁路开关MS1、MS2和MS3闭合，使得电流从晶闸管TH1换向到dc旁路开关MS1、MS2和MS3。晶闸管TH1也可以在旁路开关被闭合的同时去除其栅极信号。

由于流过第一变流器20的连续直流，不使用旁路模块的临时阻断可能导致子模块电压之和增加到高于标称值224％。通过触发在旁路模块26中的晶闸管TH1，第一变流器的子模块电压之和的增加可以被限制到高于标称值的40％。

因此可以看出，在处理故障期间，通过变流器的峰值电流受到显著限制。还可以看出，随着内部ac故障期间变流器过电压被减少，也可以减少子模块的数目(阀成本)。通过仅使用额定相电压的单个晶闸管可以实现该子模块的减少。不需要除了晶闸管之外的任何功率器件，该晶闸管在进行故障检测的同时开关，并且在ac断路器断开后移除该晶闸管的栅极信号。因此，开关损耗也是有限的。此操作还可以与内部ac故障情况下的所有变流器的阻断或所选变流器的临时阻断相结合。

如果第一串变流器被放置在阀厅中并且变压器被放置在阀厅外部，那么除了在ac端子与第一变压器的第一侧之间设置的连接之外，可能还需要在第一dc连接点与第一变压器的中性点之间穿过阀厅的壁的单独的连接。在这种情况下，旁路模块通常也与变流器一起被放置在阀厅中。

本发明可以有若干其他的变型。在图2所示的变流装置中，仅上部的第一变流器20被旁路。如在图5中可以看出，也可以使用第二旁路模块30而以相同的方式旁路第二变流器22，该第二旁路模块30包括连接在第一DC连接点DC1与第二变压器TR2的第一侧上的星形连接的第一组绕组的中性点之间的第二晶闸管TH2。

另一种可能的变型是还具有双极操作，即，以提供连接到包括第二极的dc链路的变流装置。在这种情况下，可以存在连接在地GR与第二极之间的第二串变流器。因此，在第二dc连接点与为dc链路的第二极提供的第三dc连接点之间连接有第二串变流器。第二串的这些变流器可以以与第一串的变流器相同的方式被实现并且被连接到机械开关和变压器。因此，第二串中的每个变流器可以被连接到对应的第三组星形连接变压器绕组，其中第三组变压器绕组被磁耦合到对应的第四组变压器绕组以用于连接到ac系统。在这种情况下，连接到第二极的第二串中的最后变流器可以具有另外的旁路模块，该另外的旁路模块包括连接在第三dc连接点与对应的第三组星形连接变压器绕组的中性点之间的晶闸管，其中第三组可以是最后三相变压器的第一侧的绕组、或者连接到最后变流器的最后数目的单相变压器的第一侧的绕组，并且第四组可以是最后三相变压器的第二侧的绕组、或者连接到最后变流器的最后数目的单相变压器的第二侧的绕组。同样，倒数第二个变流器可以设置有旁路模块，该旁路模块连接在第三dc连接点与对应的三相变压器的一组星形连接绕组的中性点之间、或者连接在第三dc连接点与多个对应的单相变压器的一组星形连接绕组的中性点之间。

还可以提到的是，以上述方式操作的断路器不需要连接在变压器与变流器之间，而是同样可以连接在变压器与ac系统之间。

在上面给出的示例中，一串变流器包括三个变流器。这仅仅是示例。一串可以包括更多或更少的变流器。例如，第一串可以仅包括第一变流器。如果存在第二串，则该第二串可以以类似的方式同样仅包括一个变流器。在这种情况下可以看出，连接到第一串变流器的变压器的数目也可以为一，并且连接到第二串变流器(如果存在的话)的变压器的数目可以类似地为一。

故障处理单元可以以分立组件的形式实现，诸如一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或数字信号处理器(DSP)。然而，它也可以以具有附带程序存储器的处理器的形式实现，该程序存储器包括在处理器上运行时执行所需故障处理功能的计算机程序代码。

从前面的讨论可以明显看出，本发明可以以多种方式变化。因此应当认识到，本发明仅受以下权利要求的限制。

Claims (17)

1.一种变流装置(10)，所述变流装置(10)在直流dc与交流ac之间变流，并且包括：

第一dc连接点(DC1)和第二dc连接点(DC2)；

第一串模块化多电平变流器(20、22、24)，连接在所述第一dc连接点(DC1)与所述第二dc连接点(DC2)之间，并且包括连接到所述第一dc连接点(DC1)的至少一个第一模块化多电平变流器(20)，其中每个变流器(20、22、24)包括连接在所述第一串中的两个dc端子(DCT1、DCT2)、以及针对由ac系统(16)提供的每相一个的ac端子(ACT)组；以及

多个变压器(TR1、TR2、TR3)，包括连接到所述第一串模块化多电平变流器的至少一个变压器(TR1)；

其中所述第一dc连接点(DC1)被设置用于连接到dc链路(14)的第一极(P1)，并且每个变流器的所述ac端子(ACT)组被连接到对应的第一组星形连接变压器绕组(TR1、TR2、TR3)，所述第一组变压器绕组被磁耦合到对应的第二组变压器绕组以用于连接到所述ac系统(16)；

所述装置还包括与所述第一变流器(20)相关联的第一旁路模块(26)，所述第一旁路模块：

连接在所述第一dc连接点(DC1)与第一数目的星形连接绕组的中性点之间，所述第一数目的星形连接绕组被连接到所述第一变流器(20)的所述ac端子(ACT)，并且

包括晶闸管(TH1)，所述晶闸管(TH1)被配置为：在检测到所述第一变流器与对应的所述第一组绕组之间的故障时被触发，以用于限制通过所述第一变流器的电流。

2.根据权利要求1所述的变流装置(10)，其中所述第一变流器(20)被配置为在故障检测之后被阻断。

3.根据权利要求2所述的变流装置(10)，其中所述第一变流器(20)被配置为基于所述第一变流器经受超过电流操作范围的电流而被临时阻断，并且被配置为在所述电流返回到所述电流操作范围时被解除阻断。

4.根据权利要求2所述的变流装置(10)，其中所有变流器被配置为在检测到所述故障时被阻断。

5.根据前述权利要求中任一项所述的变流装置(10)，还包括第一ac断路器(CB1)，所述第一ac断路器(CB1)连接在所述第一变流器(20)与所述ac系统(16)之间。

6.根据权利要求5所述的变流装置(10)，其中所述第一ac断路器(CB1)被配置为：在通过所述第一ac断路器的所述电流在零电流水平的所述限制之后被断开。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的变流装置(10)，其中每个变流器具有连接在其DC端子(DCT1、DCT2)之间的旁路开关(MS1、MS2、MS3)。

8.根据权利要求7所述的变流装置(10)，其中每个旁路开关(MS1、MS2、MS3)被配置为：在通过所述第一变流器的所述电流的所述限制之后被闭合。

9.根据权利要求8所述的变流装置(10)，其中所述晶闸管(TH1)通过接收控制信号而被触发，并且被配置为在所述旁路开关(MS1、MS2、MS3)的所述闭合时停止接收所述控制信号。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的变流装置(10)，其中所述第一变流器(20)包括多个子模块，所述多个子模块至少包括具有双极电压贡献能力的一个子模块。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的变流装置(10)，其中所述第一旁路模块(26)包括机械开关(MS4)。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的变流装置(10)，还包括故障处理单元(28)，所述故障处理单元被配置为操作所述变流器装置，所述变流器装置通过检测到在所述第一变流器(20)与连接到所述第一变流器的所述第一组变压器绕组之间的故障而被触发，所述故障处理单元(28)被配置为在所述故障检测时触发所述晶闸管(TH1)。

13.根据权利要求1至4中任一项所述的变流装置(10)，还包括：第三dc连接点；第二串变流器，连接在所述第二dc连接点与所述第三dc连接点之间，并且包括连接到所述第三dc连接点的至少一个最后变流器，其中每个变流器包括连接在所述第二串中的两个dc端子(DCT1、DCT2)、以及针对由所述ac系统(16)提供的每相一个的ac端子(ACT)组；多个变压器，包括连接到所述第二串模块化多电平变流器的至少一个变压器，所述第三dc连接点被设置用于连接到所述dc链路的第二极，其中每个变流器的所述ac端子组被连接到对应的第三组星形连接变压器绕组，所述第三组绕组被磁耦合到对应的第四组变压器绕组以用于连接到所述ac系统(16)，其中与所述最后变流器相关联的另外的旁路模块被连接在所述第三dc连接点与所述第三组绕组的中性点之间，所述第三组绕组连接到所述最后变流器的所述ac端子，并且所述另外的旁路模块包括晶闸管，所述晶闸管被配置为：在检测到所述第一变流器与对应的所述第三组绕组之间的故障时被触发，以用于限制通过所述最后变流器的所述电流。

14.一种处理在直流dc与交流ac之间变流的变流装置(10)的内部故障的方法，所述变流装置包括：第一dc连接点(DC1)和第二dc连接点(DC2)；第一串模块化多电平变流器(20、22、24)，连接在所述第一dc连接点(DC1)与所述第二dc连接点(DC2)之间、并且包括连接到所述第一dc连接点(DC1)的至少一个第一模块化多电平变流器(20)，其中每个变流器(20、22、24)包括连接在所述第一串中的两个dc端子(DCT1、DCT2)、以及针对由ac系统(16)提供的每相一个的ac端子(ACT)组；以及多个变压器(TR1、TR2、TR3)，包括连接到所述第一串模块化多电平变流器的至少一个变压器(TR1)，其中所述第一dc连接点(DC1)被连接到dc链路(14)的第一极(P1)，并且每个变流器的所述ac端子(ACT)组被连接到对应的第一组星形连接变压器绕组，所述第一组变压器绕组被磁耦合到对应的第二组变压器绕组，所述第二组变压器绕组又被连接到所述ac系统(16)，

所述装置还包括与所述第一变流器(20)相关联的第一旁路模块(26)，所述第一旁路模块包括晶闸管(TH1)、并且连接在所述第一dc连接点(DC1)与所述第一组星形连接变压器绕组的中性点之间，所述第一组星形连接变压器绕组被连接到所述第一变流器(20)的所述ac端子，所述方法包括：

检测(34)所述第一变流器与对应的所述第一组变压器绕组之间的故障，以及

在所述检测时触发(36)所述晶闸管(TH1)，以用于限制通过所述第一变流器的电流。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：在故障检测之后，在所有变流器的阻断(38)中阻断所述第一变流器。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中第一ac断路器(CB1)连接在所述第一变流器(20)与所述ac系统(16)之间，并且所述方法还包括：在所述电流的所述限制之后断开(40)所述第一ac断路器(CB1)。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其中所述晶闸管的所述触发通过供应控制信号来进行，每个变流器具有连接在其dc端子之间的旁路开关，并且所述方法还包括：在通过所述第一变流器的所述电流的所述限制之后，闭合(42)所述旁路开关以及停止(44)向所述晶闸管提供所述控制信号。

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