CN111418127B - 转换器结构和操作方法 - Google Patents

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Abstract

提供有一种转换器结构(30)和操作方法，转换器结构(30)包括多个转换器(32、34)，每个转换器(32、34)可配置成在阻塞状态与解阻塞状态之间改变，每个转换器(32、34)具有可配置的功率级别，转换器结构(30)还包括控制器(36)，控制器(36)被编程为在总功率级别下操作转换器结构(30)，所述总功率级别在配置处于解阻塞状态的一个或多个转换器(32、34)之间被分配，控制器(36)被编程为实行将处于解阻塞状态的至少一个转换器(32、34)的操作功率从第一功率级别减小到中间功率级别的第一阶段，并且然后实行将所述或每个解阻塞的转换器(32、34)的操作功率从中间功率级别增大到第二功率级别的第二阶段，其中控制器(36)还被编程为：(i)在第一阶段期间实行第一模式，以便将至少一个另外的转换器(32、34)从阻塞状态重新配置成解阻塞状态，并且然后将所述或每个另外的转换器(32、34)的操作功率增大到中间功率级别，以便总功率级别在处于中间功率级别的解阻塞的转换器(32、34)之间被重新分配；或(ii)在第二阶段期间实行第二模式，以便将解阻塞的转换器(32、34)中的至少一个所选择的转换器的操作功率从中间功率级别减小，并且然后将所述或每个所选择的转换器(32、34)从解阻塞状态重新配置成阻塞状态，以便重新分配总功率级别。

Description

转换器结构和操作方法
技术领域
本发明涉及包括优选地供高压直流输电(power transmission)中使用的多个转换器的转换器结构和操作方法。
背景技术
已知在转换器结构中协调多个转换器的操作。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供有一种转换器结构，该转换器结构包括多个转换器，每个转换器可配置成在阻塞状态(blocked state)与解阻塞状态(deblocked state)之间改变，每个转换器具有可配置的功率级别(power level)，转换器结构还包括控制器，该控制器被编程为在总功率级别下操作转换器结构，所述总功率级别在配置处于解阻塞状态的一个或多个转换器之间被分配(distribute)，控制器被编程为实行将处于解阻塞状态的至少一个转换器的操作功率从第一功率级别减小到中间功率级别的第一阶段，并且然后实行将所述或每个解阻塞的转换器的操作功率从中间功率级别增大到第二功率级别的第二阶段，其中控制器还被编程为：
(i)在第一阶段期间实行第一模式，以便将至少一个另外的转换器从阻塞状态重新配置成解阻塞状态，并且然后将所述或每个另外的转换器的操作功率增大到中间功率级别，以便总功率级别在处于中间功率级别的解阻塞的转换器之间被重新分配；和/或
(ii)在第二阶段期间实行第二模式，以便将解阻塞的转换器中的至少一个所选择的转换器的操作功率从中间功率级别减小，并且然后将所述或每个所选择的转换器从解阻塞状态重新配置成阻塞状态，以便总功率级别在处于第二功率级别的所述或每个剩余的解阻塞的转换器之间被重新分配。
在使用中，每个转换器可与转换器结构的相应极相关联。
本发明的转换器结构的配置提供了在改变转换器结构的总功率级别时将转换器阻塞和解阻塞的受控手段，该受控手段能够是自动化的(automated)，以使对于操作人员介入的需要最小化或消除该需要，以便降低误操作的风险。这转而改进了转换器结构的效率和可靠性。
同样地，本发明的转换器结构的配置准许(permit)转换器的阻塞和解阻塞的交错(staggering)，以便能够以使对相关联的电网的任何不利影响都最小化并且能够实现平稳的功率调节的方式来实现多个转换器的平稳启动(start-up)和关闭(shut-down)。
另外，本发明的在改变转换器结构的总功率级别时控制总功率级别在所述或每个解阻塞的转换器之间的重新分配的能力使违反相关联的极的操作参数(例如，极到地电压额定值、地返回电流等)(例如，连接到转换器的输电介质的电压/电流额定值/容限)的风险最小化或消除该风险。
此外，本发明的在改变转换器结构的总功率级别时控制总功率级别在所述或每个解阻塞的转换器之间的重新分配的能力能够实现转换器之间功率分配的优化，以便优化转换器的利用和操作，以满足各种各样的要求。这样的要求包括但不限于转换器损耗、转换器可用性、转换器寿命延长、减少的转换器维护以及相关联的设备(诸如，抽头变换器(tapchanger)、开关设备(switchgear)以及过滤器开关(filter switch))的操作的最简化(minimisation)。此外，能够容易地定制转换器之间的功率分配的优化，以符合客户要求。
本发明适用于转换器结构中的任何数量的多个转换器、要在第一阶段期间在第一模式下从阻塞状态重新配置成解阻塞状态的任何数量的转换器以及要在第二阶段期间在第二模式下从解阻塞状态重新配置成阻塞状态的任何数量的转换器。
在本发明的实施例中，控制器可还被编程为当第一总功率级别低于第二总功率级别时在第一阶段期间实行第一模式，和/或当第一总功率级别高于第二总功率级别时，在第二阶段期间实行第二模式。
本发明提供控制转换器结构的总功率级别的分配的可靠手段。
当控制器还被编程为在第一阶段期间实行第一模式时，控制器可被编程为在第一阶段期间将所述或每个另外的转换器从阻塞状态重新配置成解阻塞状态之后，立即将所述或每个另外的转换器的操作功率增大到非零功率级别。
当控制器还被编程为在第一阶段期间实行第一模式时，控制器可被编程为在第一模式期间在第一总功率级别下操作转换器结构。这确保了转换器结构的操作功率在第一模式期间维持于第一总功率级别。
当控制器还被编程为在第二阶段期间实行第二模式时，控制器可被编程为在第二阶段期间将所述或每个所选择的转换器从解阻塞状态重新配置成阻塞状态之前，立即将所述或每个所选择的转换器的操作功率从中间功率级别减小到非零功率级别。
当控制器还被编程为在第二阶段期间实行第二模式时，控制器可被编程为在第二模式期间在第二总功率级别下操作转换器结构。这确保了转换器结构的操作功率在第二模式期间维持于第二总功率级别。
控制器可被编程为控制转换器结构的总功率级别在配置处于解阻塞状态的多个转换器之间的分配，以便消除多个转换器之间功率级别的任何失衡或使其最小化。
这允许总功率级别在多个转换器之间的均匀分配，以使违反相关联的极的操作参数(即，电压和电流)的风险最小化或消除该风险，并且还允许功率级别在多个转换器之间的分配，以使功率级别在与具有相反极性的相应的极相关联的转换器之间的失衡最小化。
将领会到，在本发明的其它实施例中，总功率级别在多个转换器之间的分配可能是不均匀的。在这样的实施例中，可根据任何数量的要求而优化总功率级别在多个转换器之间的分配。
控制器可被编程为在第一阶段期间协调配置处于解阻塞状态的多个转换器的相应的功率斜率(power ramp rate)，以便多个解阻塞的转换器同时地达到中间功率级别。
允许多个转换器中的一个或多个早于多个转换器中的一个或多个其它转换器达到中间功率级别可能导致至少一个转换器暂时地处于更高的功率级别。这不仅导致多个转换器之间功率级别的失衡，而且还增大了至少一个转换器违反相关联的极的电压额定值的风险。前面提到的确保多个解阻塞的转换器尽快同时地达到中间功率级别的斜率的协调有利地使该风险最小化或消除该风险。
控制器可被编程为在第二阶段期间协调配置处于解阻塞状态的多个转换器的相应功率斜率，以便多个解阻塞的转换器同时地达到第二功率级别。
允许多个转换器中的一个或多个早于多个转换器中的一个或多个其它转换器达到第二功率级别可能导致至少一个转换器暂时地处于更高的功率级别。这不仅导致多个转换器之间功率级别的失衡，而且还增大了至少一个转换器违反相关联的极的电压额定值的风险。前面提到的确保多个解阻塞的转换器同时地达到第二功率级别的斜率的协调有利地使该风险最小化或消除该风险。
本发明适用于基于多个转换器的各种各样的转换器结构。该转换器结构可包括但不限于以下项中的至少一个：
·并联连接的转换器的至少一个集合；
·双极转换器布置，其可包括以例如金属回路或电极线路的形式的返回路径；
·多端子转换器布置。
根据本发明的第二方面，提供有一种操作转换器结构的方法，转换器结构包括多个转换器，每个转换器可配置成在阻塞状态与解阻塞状态之间改变，每个转换器具有可配置的功率级别，该方法包括以下的步骤：
在总功率级别下操作转换器结构，所述总功率级别在配置处于解阻塞状态的一个或多个转换器之间被分配；以及
实行将处于解阻塞状态的至少一个转换器的操作功率从第一功率级别减小到中间功率级别的第一阶段，并且然后实行将所述或每个解阻塞的转换器的操作功率从中间功率级别增大到第二功率级别的第二阶段，其中该方法还包括以下的步骤：
(i)在第一阶段期间实行第一模式，以便将至少一个另外的转换器从阻塞状态重新配置成解阻塞状态，并且然后将所述或每个另外的转换器的操作功率增大到中间功率级别，以便总功率级别在处于中间功率级别的解阻塞的转换器之间被重新分配；或
(ii)在第二阶段期间实行第二模式，以便将解阻塞的转换器中的至少一个所选择的转换器的操作功率从中间功率级别减小，并且然后将所述或每个所选择的转换器从解阻塞状态重新配置成阻塞状态，以便总功率级别在处于第二功率级别的所述或每个剩余的解阻塞的转换器之间被重新分配。
本发明的第一方面及其实施例的转换器结构的优点加以必要的变更后适用于本发明的第二方面及其实施例的方法。
该方法可包括如下的步骤：当第一总功率级别低于第二总功率级别时，在第一阶段期间实行第一模式；和/或当第一总功率级别高于第二总功率级别时，在第二阶段期间实行第二模式。
当在第一阶段期间实行第一模式时，该方法可包括如下的步骤：在第一阶段期间将所述或每个另外的转换器从阻塞状态重新配置成解阻塞状态之后，立即将所述或每个另外的转换器的操作功率增大到非零功率级别。
当在第一阶段期间实行第一模式时，该方法可包括如下的步骤：在第一模式期间在第一总功率级别下操作转换器结构。
当在第二阶段期间实行第二模式时，该方法可包括：在第二阶段期间将所述或每个所选择的转换器从解阻塞状态重新配置成阻塞状态之前，立即将所述或每个所选择的转换器的操作功率从中间功率级别减小到非零功率级别。
当在第二阶段期间实行第二模式时，该方法可包括如下的步骤：在第二模式期间在第二总功率级别下操作转换器结构。
该方法可包括如下的步骤：控制转换器结构的总功率级别在配置处于解阻塞状态的多个转换器之间的分配，以便消除多个转换器之间功率级别的任何失衡或使其最小化。
该方法可包括如下的步骤：在第一阶段期间协调配置处于解阻塞状态的多个转换器的相应功率斜率，以便多个解阻塞的转换器同时地达到中间功率级别。
该方法可包括如下的步骤：在第二阶段期间协调配置处于解阻塞状态的多个转换器的相应功率斜率，以便多个解阻塞的转换器同时地达到第二功率级别。
在本发明的方法中，转换器结构可包括但不限于以下项中的至少一个：
·并联连接的转换器的至少一个集合；
·双极转换器布置，其可包括以例如金属回路或电极线路的形式的返回路径；
·多端子转换器布置。
将领会到，除非另外指定，否则本专利说明书中的术语“第一”和“第二”以及类似术语的使用仅仅打算在类似特征(例如，第一阶段和第二阶段、第一模式和第二模式)之间进行区分，而不打算指示一个特征优于另一特征的相对重要性。
附图说明
现在将参考附图通过非限制性示例的方式来描述本发明的优选实施例，附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的第一实施例的转换器结构；
图2示意性地示出了图1的转换器结构的示范性转换器；
图3以图表图示了图1的转换器结构的示范性操作；
图4a和图4b示意性地示出了根据本发明的第二实施例的转换器结构；以及
图5和图6以图表图示了图4a和图4b的转换器结构的示范性操作。
具体实施方式
根据本发明的第一实施例的双极转换器结构在图1中被示出，并且一般由参考标号30标示。
双极转换器结构30包括第一DC极和第二DC极、多个第一转换器32、多个第二转换器34、以及控制器36。
出于简单性的目的，参考基于单个控制单元38的控制器36来描述图1的双极转换器结构30。控制器36的配置可取决于双极转换器结构30的具体要求而变化。例如，控制器36可包括用于控制多个转换器32、34的全局控制单元、用于控制至少一个转换器32、34的至少一个本地控制单元、或其组合。全局控制单元可远离每个转换器32、34被远程定位，并且可配置成经由电信链路来与每个转换器32、34通信。所述或每个本地控制单元可定位于至少一个转换器32、34附近。全局控制单元可配置成经由电信链路来与至少一个本地控制单元通信。
第一DC极包括在第一端与第二端之间延伸的第一DC输电线路40。第二DC极包括在第一端与第二端之间延伸的第二DC输电线路42。
每个转换器32、34包括第一DC端子44和第二DC端子46。另外，图1中所示出的每个转换器32、34包括多个AC端子48，这些AC端子48中的每个在使用中连接到相应多相AC网络50的相应相。更特别地，图1中所示出的每个转换器32、34定义了AC/DC电压源转换器32、34，所述AC/DC电压源转换器32、34包括多个转换器分支(converter limb)52，这些转换器分支52中的每个如在图2中示出的那样布置。在其它实施例中，设想到，每个电压源转换器32、34可被线路换向转换器(line commutated converter)替代。
每个转换器分支52在第一DC端子44与第二DC端子46之间延伸，并且包括在第一DC端子44与AC端子48之间延伸的第一分支部分54和在第二DC端子46与AC端子48之间延伸的第二分支部分56。
每个分支部分56、58包括定义链式链路(chain-link)转换器的多个串联连接的模块58。在所示出的具体实施例中，每个模块58包括一对切换元件(switching element)，这一对切换元件按照半桥布置与电容器并联连接，以定义能够提供零或正电压并且能够沿两个方向传导电流的二象限单极模块58。
每个切换元件构成绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，其与以二极管形式的反并联无源电流检查元件并联连接。
设想到，在本发明的其它实施例中，IGBT可被一个或多个其它半导体开关替代，二极管可被将电流限于仅一个方向的另一类型的无源电流检查元件替代，和/或每个电容器可被能够存储和释放能量以提供电压的另一类型的储能装置(例如，燃料电池或电池)替代。还设想到，在本发明的其它实施例中，每个分支部分56、58中的多个串联连接的模块可被一个或多个切换元件替代。
将领会到：仅仅选取每个转换器32、34的拓扑来帮助说明本发明的操作，并且每个转换器32、34可被带有不同拓扑的另一转换器替代。
第一DC输电线路40的第一端操作性地连接到多个第一转换器32中的一个的第一DC端子44，并且第一DC输电线路40的第二端操作性地连接到多个第二转换器34中的一个的第一DC端子44。第二DC输电线路42的第一端操作性地连接到多个第一转换器32中的另一个的第一DC端子44，并且第二DC输电线路42的第二端操作性地连接到多个第二转换器34中的另一个的第一DC端子44。
多个第一转换器32的第二DC端子46经由高阻抗电流返回路径60来操作性地连接到多个第二转换器34的第二DC端子46。电流返回路径60可以是电极线路或金属回路，并且可包括一个导体或多个导体。将领会到，电流返回路径60可以是低阻抗电流返回路径。
控制器36被编程为控制每个转换器32、34的模块58的切换元件的切换，以便操作每个模块58来选择性地提供电压源。同样地，控制器36被编程为选择性地控制模块58的切换元件的切换，以将每个转换器32、34配置成在阻塞状态与解阻塞状态之间改变。
参考图3而如下地描述双极转换器结构30的示范性操作。
首先，控制器36控制每个第一转换器32、34的模块58的切换元件的切换，以在1500MW的总功率级别下操作双极转换器结构30。更特别地，连接到第一DC输电线路的第一转换器32和第二转换器34中的每个处于解阻塞状态并且其操作功率被设定，以便第一DC极处于1500W的功率级别，而连接到第二DC输电线路40的第一转换器32和第二转换器32中的每个处于阻塞状态。双极转换器结构30沿着第一DC输电线路40传送1500MW的功率。
当双极转换器结构30被要求随后将转换器从阻塞状态重新配置成解阻塞状态时，控制器如下地支持(carry)两阶段(two-stage)转换器结构重新配置。
转换器结构重新配置的第一阶段最初涉及：将阻塞的第一转换器32和第二转换器34解阻塞，并且瞬时地增大新近解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的操作功率，以便第二DC极处于150MW的功率级别。同时，双极转换器结构30的操作功率维持于1500MW的总功率级别，这意味着原先解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的操作功率和第一DC极的功率级别下降到1350MW。
此后，第一阶段涉及：将原先解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的操作功率从其当前功率级别减小到750MW的中间功率级别，并且以可能使操作参数违反的风险最小化的最快斜率将新近解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的操作功率从其当前功率级别增大到中间功率级别。以此方式，双极转换器结构30的总功率级别在处于中间功率级别的解阻塞的转换器32、34之间被均匀地重新分配。
当将第一转换器32的操作功率修改成中间功率级别时，控制器36协调解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的相应功率斜率，以便在将双极转换器结构30的操作功率维持于1500MW的总功率级别的同时，解阻塞的第一转换器32和第二转换器34同时地达到中间功率级别。解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的相应功率斜率的这样的协调优选地根据所准许的功率斜率、中间功率级别以及原先解阻塞的转换器的数量而实行。所准许的功率斜率可能被系统功率斜率能力和相关联的设备(诸如，抽头变换器)的操作制约。
这随后是转换器结构重新配置的第二阶段，该第二阶段涉及：在将每个解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的操作功率从中间功率级别增大到1500MW的功率级别之前，基于3000MW的目标总功率级别并且基于转换器功率能力来为每个解阻塞的第一转换器32和第二转换器34而计算功率命令(power order)，以便双极转换器结构30的总功率级别增大到3000MW。这导致每个DC极具有1500MW的功率级别。
当将每个转换器32、34的操作功率增大到1500MW的功率级别时，控制器36协调解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的相应功率斜率，以便解阻塞的第一转换器32和第二转换器34同时地达到1500MW的功率级别。解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的相应功率斜率的这样的协调优选地根据所准许的功率斜率、转换器数量以及转换器功率能力而实行。
当双极转换器结构30被要求随后将转换器从解阻塞状态重新配置成阻塞状态时，控制器如下地支持两阶段转换器结构重新配置。
转换器结构重新配置的第一阶段最初涉及：将解阻塞的第一转换器32和第二转换器34中的每个的操作功率从其当前功率级别减小到750MW的中间功率级别，以便双极转换器结构30的总功率级别减小到1500MW。
当将第一转换器32和第二转换器34的操作功率减小到中间功率级别时，控制器36协调解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的相应功率斜率，以便解阻塞的第一转换器32和第二转换器34同时地达到中间功率级别。解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的相应功率斜率的这样的协调优选地根据所准许的功率斜率、转换器数量以及中间功率级别而实行。
这随后是转换器结构重新配置的第二阶段，该第二阶段涉及：将连接到第一DC输电线路40的第一转换器32和第二转换器34的操作功率从中间功率级别增大到1350MW的功率级别，并且将连接到第二DC输电线路42的第一转换器32和第二转换器34的操作功率从中间功率级别减小到150MW的功率级别。
当将第一转换器32和第二转换器34的操作功率从中间功率级别修改时，控制器36协调解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的相应功率斜率，以便在将双极转换器结构30的操作功率维持于1500MW的总功率级别的同时，解阻塞的第一转换器32和第二转换器34同时地达到相应的目标功率级别。解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的相应功率斜率的这样的协调优选地根据解阻塞的转换器的数量和所准许的功率斜率而实行。
此后，第二阶段涉及将连接到第二DC输电线路42的第一转换器32和第二转换器34阻塞。由于控制器36将双极转换器结构30的操作功率维持于1500MW的总功率级别，因而1500MW的总功率级别被重新分配到连接到第一DC输电线路40的剩余的解阻塞的第一转换器32和第二转换器34。这导致第一DC极具有1500MW的功率级别。
双极转换器结构30的上文的序列能够是自动化的，以通过单次触发(例如，通过按压单个发起按钮)而准许双极转换器结构30的执行(performance)。这有利地消除了对于操作人员介入的需要并且由此降低了误操作的风险，因而改进了双极转换器结构30的效率和可靠性。
双极转换器结构30的上文的序列准许转换器的阻塞和解阻塞的交错，以便能够以使对相关联的AC网络50的任何不利影响都最小化并且能够实现双极转换器结构30中的平稳功率调节的方式来实现多个转换器的平稳启动和停止。
当改变双极转换器结构30的总功率级别时，在所述或每个解阻塞的转换器32、34之间总功率级别的重新分配不仅使违反每个DC极的操作参数的风险最小化或消除该风险，而且还能够实现转换器32、34之间的功率分配的优化，以便优化转换器32、34的利用和操作，以满足各种各样的要求。这样的要求包括但不限于转换器损耗、转换器可用性、转换器寿命延长、减少的转换器维护以及相关联的设备(诸如，抽头变换器、开关设备以及过滤器开关)的操作的最简化。
优选地实行解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的相应功率斜率的协调，以使解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的操作功率斜变(ramp)的持续时间最小化。这是为了使一个DC极暂时地处于比另一个DC极更高的功率级别的风险最小化，这冒着失衡并且违反操作参数的风险。
根据本发明的第二实施例的双极转换器结构在图4a中示出，并且一般由参考标号130标示。图4a的双极转换器结构130在结构和操作上类似于图1的双极转换器结构30，并且相似的特征共享相同的参考标号。
图4a的双极转换器结构130与图1的双极转换器结构30不同之处在于，双极转换器结构130包括第一DC极P1、第二DC极P2、第三DC极P3以及第四DC极P4。
出于简单性的目的，参考基于单个控制单元38的控制器36而描述图4的双极转换器结构130。控制器36的配置可取决于双极转换器结构30的具体要求而变化。例如，控制器36可包括用于控制多个转换器32、34的全局控制单元、用于控制至少一个转换器32、34的至少一个本地控制单元、或其组合。全局控制单元可远离每个转换器32、34被远程定位，并且可配置成经由电信链路来与每个转换器32、34通信。所述或每个本地控制单元可定位于至少一个转换器32、34附近。全局控制单元可配置成经由电信链路来与至少一个本地控制单元通信。
图4b图示了转换器32、34与双极转换器结构130的第一DC极P1、第二DC极P2、第三DC极P3以及第四DC极P4的关联。第一DC极P1与多个第一转换器32中的第一并联连接对中的一个和多个第二转换器34中的第一并联连接对中的一个相关联。第二DC极P2与多个第一转换器32中的第二并联连接对中的一个和多个第二转换器34中的第二并联连接对中的一个相关联。第三DC极P3与多个第一转换器32中的第一并联连接对中的另一个和多个第二转换器34中的第一并联连接对中的另一个相关联。第四DC极P4与多个第一转换器32中的第二并联连接对中的另一个和多个第二转换器34中的第二并联连接对中的另一个相关联。
第一DC极P1和第三DC极P3包括在第一端与第二端之间延伸的第一DC输电线路40。第二DC极P2和第四DC极P4包括在第一端与第二端之间延伸的第二DC输电线路42。
每个转换器32、34包括第一DC端子44和第二DC端子46。另外，图4中所示出的每个转换器32、34包括多个AC端子48，这些AC端子48中的每个在使用中连接到相应多相AC网络50的相应相。更特别地，图4中所示出的每个转换器32、34定义AC/DC电压源转换器32、34，AC/DC电压源转换器32、34包括多个转换器分支52，这些转换器分支52中的每个如在图2中示出的那样布置。在其它实施例中，设想到，每个电压源转换器32、34可被线路换向转换器替代。
每个转换器分支52在第一DC端子44与第二DC端子46之间延伸，并且包括在第一DC端子44与AC端子48之间延伸的第一分支部分54和在第二DC端子46与AC端子48之间延伸的第二分支部分56。
每个分支部分56、58包括定义链式链路转换器的多个串联连接的模块58。在所示出的具体实施例中，每个模块58包括一对切换元件，这一对切换元件按照半桥布置与电容器并联连接，以定义能够提供零或正电压并且能够沿两个方向传导电流的二象限单极模块58。
每个切换元件构成绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，其与以二极管形式的反并联无源电流检查元件并联连接。
设想到，在本发明的其它实施例中，IGBT可被一个或多个其它半导体开关替代，二极管可被将电流限于仅一个方向的另一类型的无源电流检查元件替代，和/或每个电容器可被能够存储和释放能量以提供电压的另一类型的储能装置(例如，燃料电池或电池)替代。还设想到，在本发明的其它实施例中，每个分支部分56、58中的多个串联连接的模块可被一个或多个切换元件替代。
将领会到：仅仅选取每个转换器32、34的拓扑来帮助说明本发明的操作，并且每个转换器32、34可被带有不同拓扑的另一转换器替代。
第一DC输电线路40的第一端操作性地连接到多个第一转换器32中的第一并联连接对的第一DC端子44，并且第一DC输电线路40的第二端操作性地连接到多个第二转换器34中的第一并联连接对的第一DC端子44。第二DC输电线路42的第一端操作性地连接到多个第一转换器32中的第二并联连接对的第一DC端子44，并且第二DC输电线路42的第二端操作性地连接到多个第二转换器34中的第二并联连接对的第一DC端子44。
多个第一转换器32的第二DC端子46经由高阻抗电流返回路径60来操作性地连接到多个第二转换器34的第二DC端子46。电流返回路径60可以是电极线路或金属回路，并且可包括一个导体或多个导体。将领会到，电流返回路径60可以是低阻抗电流返回路径。
控制器36被编程为控制每个转换器32、34的模块58的切换元件的切换，以便操作每个模块58来选择性地提供电压源。同样地，控制器36被编程为选择性地控制模块58的切换元件的切换，以将每个转换器32、34配置成在阻塞状态与解阻塞状态之间改变。
参考图5和图6而如下地描述双极转换器结构130的示范性操作。
首先，控制器36控制与第一DC极P1、第二DC极P2以及第三DC极P3相关联的转换器的模块58的切换元件的切换，以在4500MW的总功率级别下操作双极转换器结构130。更特别地，与第一DC极P1、第二DC极P2以及第三DC极P3相关联的第一转换器32和第二转换器34中的每个处于解阻塞状态，并且其操作功率被设定于1500W的功率级别，而与第四极P4相关联的第一转换器32和第二转换器32中的每个处于阻塞状态。双极转换器结构130沿着第一DC输电线路40传送3000MW的功率，并且沿着第二DC输电线路42传送1500MW的功率。
当双极转换器结构130被要求随后将转换器从阻塞状态重新配置成解阻塞状态时，控制器如下地支持两阶段转换器结构重新配置。
转换器结构重新配置的第一阶段最初涉及：将阻塞的第一转换器32和第二转换器34解阻塞，并且瞬时地增大新近解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的操作功率，以便第四DC极P4处于150MW的功率级别。同时，双极转换器结构130的操作功率维持于4500MW的总功率级别，这意味着原先解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的操作功率和第一DC极P1、第二DC极P2以及第三DC极P3的功率级别下降到1450MW。
此后，第一阶段涉及：将原先解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的操作功率从其当前功率级别减小到1125MW的中间功率级别，并且以可能使操作参数违反的风险最小化的最快斜率将新近解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的操作功率从其当前功率级别增大到中间功率级别。以此方式，双极转换器结构130的总功率级别在处于中间功率级别的解阻塞的转换器32、34之间被均匀地重新分配。
当将第一转换器32的操作功率修改成中间功率级别时，控制器36协调解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的相应功率斜率，以便在将双极转换器结构130的操作功率维持于4500MW的总功率级别的同时，解阻塞的第一转换器32和第二转换器34同时地达到中间功率级别。解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的相应功率斜率的这样的协调优选地根据所准许的功率斜率、中间功率级别以及原先解阻塞的转换器的数量而实行。所准许的功率斜率可能被系统功率斜率能力和相关联的设备(诸如，抽头变换器)的操作制约。
这随后是转换器结构重新配置的第二阶段，该第二阶段涉及：在将每个解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的操作功率从中间功率级别增大到1500MW的功率级别之前，基于6000MW的目标总功率级别并且基于转换器功率能力来为每个解阻塞的第一转换器32和第二转换器34而计算功率命令，以便双极转换器结构130的总功率级别增大到6000MW。这导致每个DC极具有1500MW的功率级别。
当将每个转换器32、34的操作功率增大到1500MW的功率级别时，控制器36协调解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的相应功率斜率，以便解阻塞的第一转换器32和第二转换器34同时地达到1500MW的功率级别。解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的相应功率斜率的这样的协调优选地根据所准许的功率斜率、转换器数量以及转换器功率能力而实行。
当双极转换器结构130被要求随后将转换器从解阻塞状态重新配置成阻塞状态时，控制器如下地支持两阶段转换器结构重新配置。
转换器结构重新配置的第一阶段最初涉及：将解阻塞的第一转换器32和第二转换器34中的每个的操作功率从其当前功率级别减小到1125MW的中间功率级别，以便双极转换器结构130的总功率级别减小到4500MW。
当将第一转换器32和第二转换器34的操作功率减小到中间功率级别时，控制器36协调解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的相应功率斜率，以便解阻塞的第一转换器32和第二转换器34同时地达到中间功率级别。解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的相应功率斜率的这样的协调优选地根据所准许的功率斜率、转换器数量以及中间功率级别而实行。
这随后是转换器结构重新配置的第二阶段，该第二阶段涉及：将与第一DC极P1、第二DC极P2以及第三DC极P3相关联的第一转换器32和第二转换器34的操作功率从中间功率级别增大到1450MW的功率级别，并且将与第四DC极P4相关联的第一转换器32和第二转换器34的操作功率从中间功率级别减小到150MW的功率级别。
当将第一转换器32和第二转换器34的操作功率从中间功率级别修改时，控制器36协调解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的相应功率斜率，以便在将双极转换器结构130的操作功率维持于4500MW的总功率级别的同时，解阻塞的第一转换器32和第二转换器34同时地达到相应的目标功率级别。解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的相应功率斜率的这样的协调优选地根据解阻塞的转换器的数量和所准许的功率斜率而实行。
此后，第二阶段涉及将与第四DC极P4相关联的第一转换器32和第二转换器34阻塞。由于控制器36将双极转换器结构130的操作功率维持于4500MW的总功率级别，因而4500MW的总功率级别被重新分配到与第一DC极P1、第二DC极P2以及第三DC极P3相关联的剩余的解阻塞的第一转换器32和第二转换器34。
双极转换器结构130的上文的序列能够是自动化的，以通过单次触发(例如，通过按压单个发起按钮)而准许双极转换器结构130的执行。这有利地消除了对于操作人员介入的需要并且由此降低了误操作的风险，因而改进了双极转换器结构130的效率和可靠性。
双极转换器结构130的上文的序列准许转换器的阻塞和解阻塞的交错，以便能够以使对相关联的AC网络50的任何不利影响都最小化并且能够实现双极转换器结构130中的平稳功率调节的方式来实现多个转换器的平稳启动和停止。
当改变双极转换器结构130的总功率级别时，在所述或每个解阻塞的转换器32、34之间总功率级别的重新分配不仅使违反每个DC极的操作参数的风险最小化或消除该风险，而且还能够实现转换器32、34之间的功率分配的优化，以便优化转换器32、34的利用和操作，以满足各种各样的要求。这样的要求包括但不限于转换器损耗、转换器可用性、转换器寿命延长、减少的转换器维护以及相关联的设备(诸如，抽头变换器、开关设备以及过滤器开关)的操作的最简化。
优选地实行解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的相应功率斜率的协调，以使解阻塞的第一转换器32和第二转换器34的操作功率斜变的持续时间最小化。这是为了使一个DC极暂时地处于比另一个DC极更高的功率级别的风险最小化，这冒着失衡并且违反操作参数的风险。
将领会到，仅仅选取用于描述上文的实施例的数值中的每个来帮助说明本发明的工作，并且可被另一合适数值替代。将还领会到，转换器结构的拓扑仅仅被选取来帮助说明本发明的工作，并且可被其它合适拓扑替代。

Claims (11)

1.一种转换器结构(30)，包括多个转换器(32、34)，每个转换器(32、34)能够配置成在阻塞状态与解阻塞状态之间改变，每个转换器(32、34)具有可配置的功率级别，所述转换器结构(30)还包括控制器(36)，所述控制器(36)被编程为在总功率级别下操作所述转换器结构(30)，所述总功率级别在配置处于解阻塞状态的一个或多个转换器(32、34)之间被分配，所述控制器(36)被编程为实行将处于解阻塞状态的至少一个转换器(32、34)的操作功率从第一功率级别减小到中间功率级别的第一阶段，并且然后实行将解阻塞的所述至少一个转换器(32、34)的操作功率从所述中间功率级别增大到第二功率级别的第二阶段，其中所述控制器(36)还被编程为：
(i)在所述第一阶段期间实行第一模式，以便将至少一个另外的转换器(32、34)从阻塞状态重新配置成解阻塞状态，并且然后将所述至少一个另外的转换器(32、34)的操作功率增大到所述中间功率级别，以便所述总功率级别在处于所述中间功率级别的解阻塞的转换器(32、34)之间被重新分配；和/或
(ii)在所述第二阶段期间实行第二模式，以便将所述解阻塞的转换器(32、34)中的至少一个所选择的转换器的操作功率从所述中间功率级别减小，并且然后将所述至少一个所选择的转换器(32、34)从解阻塞状态重新配置成阻塞状态，以便所述总功率级别在处于所述第二功率级别的每个剩余的解阻塞的转换器(32、34)之间被重新分配。
2.根据权利要求1所述的转换器结构(30)，其中所述控制器(36)还被编程为当第一总功率级别低于第二总功率级别时在所述第一阶段期间实行所述第一模式，和/或当所述第一总功率级别高于所述第二总功率级别时在所述第二阶段期间实行所述第二模式。
3.根据权利要求1或2所述的转换器结构(30)，其中当所述控制器(36)还被编程为在所述第一阶段期间实行所述第一模式时，所述控制器(36)被编程为在所述第一阶段期间将所述至少一个另外的转换器(32、34)从阻塞状态重新配置成解阻塞状态之后，立即将所述至少一个另外的转换器(32、34)的操作功率增大到非零功率级别。
4.根据权利要求2所述的转换器结构(30)，其中当所述控制器(36)还被编程为在所述第一阶段期间实行所述第一模式时，所述控制器(36)被编程为在所述第一模式期间在所述第一总功率级别下操作所述转换器结构(30)。
5.根据权利要求1或2所述的转换器结构(30)，其中当所述控制器(36)还被编程为在所述第二阶段期间实行所述第二模式时，所述控制器(36)被编程为在所述第二阶段期间将所述至少一个所选择的转换器(32、34)从解阻塞状态重新配置成阻塞状态之前，立即将所述至少一个所选择的转换器(32、34)的操作功率从所述中间功率级别减小到非零功率级别。
6.根据权利要求2所述的转换器结构(30)，其中当所述控制器(36)还被编程为在所述第二阶段期间实行所述第二模式时，所述控制器(36)被编程为在所述第二模式期间在所述第二总功率级别下操作所述转换器结构(30)。
7.根据权利要求1或2所述的转换器结构(30)，其中所述控制器(36)被编程为控制所述转换器结构(30)的所述总功率级别在配置处于解阻塞状态的多个转换器(32、34)之间的分配，以便消除所述多个转换器(32、34)之间功率级别的任何失衡或使其最小化。
8.根据权利要求1或2所述的转换器结构(30)，其中所述控制器(36)被编程为在所述第一阶段期间协调配置处于解阻塞状态的多个转换器(32、34)的相应功率斜率，以便多个解阻塞的转换器(32、34)同时地达到所述中间功率级别。
9.根据权利要求1或2所述的转换器结构(30)，其中所述控制器(36)被编程为在所述第二阶段期间协调配置处于解阻塞状态的多个转换器(32、34)的相应功率斜率，以便所述多个解阻塞的转换器(32、34)同时地达到所述第二功率级别。
10.根据权利要求1或2所述的转换器结构(30)，其中所述转换器结构(30)包括以下项中的至少一个：
·并联连接的转换器(32、34)的至少一个集合；
·双极转换器布置；
·多端子转换器布置。
11.一种操作转换器结构(30)的方法，所述转换器结构(30)包括多个转换器(32、34)，每个转换器(32、34)能够配置成在阻塞状态与解阻塞状态之间改变，每个转换器(32、34)具有可配置的功率级别，所述方法包括以下的步骤：
在总功率级别下操作所述转换器结构(30)，所述总功率级别在配置处于解阻塞状态的一个或多个转换器(32、34)之间被分配；以及
实行将处于解阻塞状态的至少一个转换器(32、34)的操作功率从第一功率级别减小到中间功率级别的第一阶段，并且然后实行将解阻塞的所述一个或多个转换器(32、34)的操作功率从所述中间功率级别增大到第二功率级别的第二阶段，
其中所述方法还包括以下的步骤：
(i)在所述第一阶段期间实行第一模式，以便将至少一个另外的转换器(32、34)从阻塞状态重新配置成解阻塞状态，并且然后将所述至少一个另外的转换器(32、34)的操作功率增大到所述中间功率级别，以便所述总功率级别在处于所述中间功率级别的解阻塞的转换器(32、34)之间被重新分配；或
(ii)在所述第二阶段期间实行第二模式，以便将所述解阻塞的转换器(32、34)中的至少一个所选择的转换器的操作功率从所述中间功率级别减小，并且然后将所述至少一个所选择的转换器(32、34)从解阻塞状态重新配置成阻塞状态，以便所述总功率级别在处于所述第二功率级别的每个剩余的解阻塞的转换器(32、34)之间被重新分配。
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