CN116154831A - 电气组合件 - Google Patents

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Abstract

提供了一种电气组合件，包括至少一个功率转换器（20）和至少一个动态无功功率源（52），所述或每个功率转换器（20）和所述或每个动态无功功率源（52）可连接到AC网络（40），所述或每个功率转换器（20）和所述或每个动态无功功率源（52）可操作用于与AC网络（40）交换无功功率，其中所述或每个动态无功功率源（52）被配置成响应于所述或每个功率转换器（20）的无功电流需求的特性超过一个或相应的无功电流特性阈值而选择性地调整其与AC网络（40）的无功功率交换。

Description

电气组合件
技术领域
本发明涉及优选用于高压直流（HVDC）传输和无功功率补偿的电气组合件和操作电气组合件的方法。
背景技术
在HVDC功率传输网络中，AC功率通常被转换成DC功率，用于经由架空线路、海底电缆和/或地下电缆传输。这种转换移除了对于由功率传输介质（即传输线路或电缆）施加的AC电容负载效应进行补偿的需要，并降低了每公里线路和/或电缆的成本，并且从而当需要在长距离传送功率时变得成本有效。DC功率也直接从海上风力发电场传送到陆上AC功率传输网络。在有必要互连DC和AC网络的地方，利用DC功率和AC功率之间的转换。在任何这样的功率传输网络中，在AC和DC功率之间的每个接口处都要求转换器（即功率转换器），以实现从AC到DC或从DC到AC的所要求转换。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种电气组合件，包括至少一个功率转换器和至少一个动态无功功率源，所述或每个功率转换器和所述或每个动态无功功率源可连接到AC网络，所述或每个功率转换器和所述或每个动态无功功率源可操作用于与AC网络交换无功功率，其中所述或每个动态无功功率源被配置成响应于所述或每个功率转换器的无功电流需求的特性超过一个或相应的无功电流特性阈值而选择性地调整其与AC网络的无功功率交换。
将领会，本发明与单个功率转换器或多个功率转换器一起工作，与单个动态无功功率源或多个动态无功功率源一起工作，以及与相同的无功电流特性阈值或不同的无功电流特性阈值一起工作。例如，双极方案的转换器可能依赖于不同的无功电流特性阈值。当使用多个功率转换器时，多个功率转换器可以在同一控制器或不同控制器的控制下。当使用多个动态无功功率源时，多个动态无功功率源可以在同一控制器或不同控制器的控制下。
电气组合件的上述配置使得所述或每个功率转换器和所述或每个动态无功功率源能够以在设备性能和损耗方面优化转换器的方式与AC网络交换无功功率。具体而言，这种协调的实现是通过由所述或每个动态无功功率源的无功功率交换对所述或每个功率转换器的无功电流需求的依赖性，以便所述或每个动态无功功率源准确地补充所述或每个功率转换器与AC网络的无功功率交换。这释放了所述或每个功率转换器以满足附加的有功功率需求，因此优化了所述或每个功率转换器的额定值，并且在例如降低的损耗和增加的动态响应带宽方面改进性能。
所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的特性超过所述或相应无功电流特性阈值可包括所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的幅度超过一个或相应无功电流幅度阈值。
所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的特性超过所述或相应无功电流特性阈值可包括所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的改变率超过一个或相应无功电流改变率阈值。
在优选实施例中，所述或每个动态无功功率源被配置成响应于所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的特性超过所述或相应无功电流特性阈值而选择性地调整其与所述AC网络的无功功率交换，以将所述或每个功率转换器维持在预定义的无功电流操作范围内。这使得能够进一步优化所述或每个功率转换器，以在与AC网络的无功功率交换的期望操作范围内操作。
可以在电容或电感方向上实行与AC网络的无功功率交换的调整。在本发明的实施例中，所述或每个动态无功功率源可以被配置成响应于在电容方向上所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的特性超过所述或相应无功电流特性阈值而选择性地在所述电容方向上调整其与所述AC网络的无功功率交换。在本发明的进一步实施例中，所述或每个动态无功功率源可以被配置成响应于在电感方向上所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的特性超过所述或相应无功电流特性阈值而选择性地在所述电感方向上调整其与所述交流网络的无功功率交换。在本发明的更进一步实施例中，所述或每个动态无功功率源可以被配置成响应于在第一方向上所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的特性超过所述或相应无功电流特性阈值而选择性地在所述第一方向上调整其与所述AC网络的无功功率交换，所述或每个动态无功功率源被配置成在所述第一方向上所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的特性超过所述或相应无功电流特性阈值之后，响应于在第二方向上所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的特性超过所述或相应无功电流特性阈值，而选择性地在所述第二方向上调整其与所述AC网络的无功功率交换，并且所述第一方向可与所述第二方向相反。这使得所述或每个动态无功功率源能够响应于所述或每个功率转换器的无功电流需求特性超过所述或相应无功电流特性阈值而在正确的方向上调整与AC网络的无功功率交换。
可选地，所述或相应无功电流特性阈值可以是固定无功电流特性阈值。备选地，所述或相应无功电流特性阈值可以是可变无功电流特性阈值。进一步备选地，所述电气组合件可包括多个功率转换器，所述无功电流特性阈值中的至少一个可以是固定无功电流特性阈值，并且所述无功电流特性阈值中的所述或每个其它阈值可以是可变无功电流特性阈值。
在本发明的实施例中，所述或相应可变无功电流特性阈值可以是所述或每个功率转换器的至少一个电气参数和/或至少一个操作状态的函数。
所述或每个动态无功功率源对与AC网络的无功功率交换的调整幅度可以是固定幅度。
在本发明的进一步实施例中，由所述或每个动态无功功率源对与所述AC网络的无功功率交换的调整幅度可以是所述或每个功率转换器的至少一个电气参数和/或至少一个操作状态的函数。
在本发明中，所述或每个电气参数可包括但不限于有功功率、测量的DC电流和测量的AC电压。所述或每个操作状态可包括但不限于冗余的可用性。
让所述或每个功率转换器在所述或每个功率转换器的某个电气参数和/或某个操作状态下提供由AC网络所需求的有功和无功功率两者，可能是经济的和/或更有效的。然而，随着所述或每个功率转换器的电气参数和/或操作状态改变，可能变得更希望依赖所述或每个动态无功功率源来贡献一些所需求的无功功率，从而增加所述或每个功率转换器的有功功率容量。作为结果，本发明的电气组合件可进一步通过使由所述或每个动态无功功率源对与所述AC网络的无功功率交换的调整幅度是所述或每个功率转换器的至少一个电气参数和/或至少一个操作状态的函数进行优化。
在本发明的更进一步实施例中，由所述或每个动态无功功率源对与所述AC网络的无功功率交换的调整幅度可以是所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的改变率的函数。在这样的实施例中，由所述或每个动态无功功率源对与所述AC网络的无功功率交换的调整幅度可以是所述或每个功率转换器的所述无功电流需求在或基本上在所述或相应无功电流特性阈值的改变率的函数。例如，由所述或每个动态无功功率源对与AC网络的无功功率交换的调整幅度可以是在所述或相应无功电流特性阈值的95%至105%范围内的无功电流特性值下所述或每个功率转换器的无功电流需求的改变率的函数。
无功电流需求的足够高的改变率可以指示所述或每个功率转换器的无功电流需求的幅度可能达到无功电流幅度阈值。然而，在所述或每个动态无功功率源响应于超过无功电流幅度阈值时可能存在延迟，这又可能导致非线性响应。这可以通过如下方式来解决：使所述或每个动态无功功率源与AC网络的无功功率交换的调整幅度设置为所述或每个功率转换器的无功电流需求的改变率的函数。
所述或每个动态无功功率源的类型和配置可以变化，只要所述或每个动态无功功率源能够与AC网络交换无功功率并且能够选择性地调整交换的无功功率。例如，所述或每个动态无功功率源可包括但不限于静态同步补偿器（STATCOM）或静态VAr补偿器（SVC）。
根据本发明的第二方面，提供了一种操作电气组合件的方法，所述电气组合件包括至少一个功率转换器和至少一个动态无功功率源，所述或每个功率转换器和所述或每个动态无功功率源可连接到AC网络，所述或每个功率转换器和所述或每个动态无功功率源可操作用于与AC网络交换无功功率，其中所述方法包括如下步骤：操作所述或每个动态无功功率源响应于所述或每个功率转换器的无功电流需求的特性超过一个或相应的无功电流特性阈值而调整其与AC网络的无功功率交换。
本发明第一方面的电气组合件及其实施例的特征和优点在加以必要的修正后应用于本发明第二方面的方法及其实施例的特征和优点。
本发明的方法可包括如下步骤：响应于所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的特性超过所述或相应无功电流特性阈值而操作所述或每个动态无功功率源来调整其与所述AC网络的无功功率交换，以将所述或每个功率转换器维持在预定义的无功电流操作范围内。
在本发明的方法中，所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的特性超过所述或相应无功电流特性阈值可包括所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的幅度超过一个或相应无功电流幅度阈值。
在本发明的方法中，所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的特性超过所述或相应无功电流特性阈值可包括所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的改变率超过一个或相应无功电流改变率阈值。
本发明的方法可包括如下步骤：操作所述或每个动态无功功率源响应于在电容方向上所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的特性超过所述或相应无功电流特性阈值而在所述电容方向上调整其与所述AC网络的无功功率交换。本发明的方法可包括如下步骤：操作所述或每个动态无功功率源响应于在电感方向上所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的特性超过所述或相应无功电流特性阈值而在所述电感方向上调整其与所述交流网络的无功功率交换。本发明的方法可包括如下步骤：操作所述或每个动态无功功率源响应于在第一方向上所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的特性超过所述或相应无功电流特性阈值而在所述第一方向上调整其与所述AC网络的无功功率交换，并且操作所述或每个动态无功功率源响应于在第二方向上所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的特性超过所述或相应无功电流特性阈值，而在所述第二方向上调整其与所述AC网络的无功功率交换，并且其中所述第一方向与所述第二方向相反。第一方向可以是电容或电感方向。
在本发明的方法中，所述或相应无功电流特性阈值可以是固定无功电流特性阈值。在本发明的方法中，所述或相应无功电流特性阈值可以是可变无功电流特性阈值。在本发明的方法中，所述电气组合件可包括多个功率转换器，所述无功电流特性阈值中的至少一个可以是固定无功电流特性阈值，并且所述无功电流特性阈值中的所述或每个其它阈值可以是可变无功电流特性阈值。
在本发明的方法中，所述或相应可变无功电流特性阈值可以是所述或每个功率转换器的至少一个电气参数和/或至少一个操作状态的函数。
在本发明的方法中，由所述或每个动态无功功率源对与所述AC网络的无功功率交换的调整幅度可以是所述或每个功率转换器的至少一个电气参数和/或至少一个操作状态的函数。
在本发明的方法中，由所述或每个动态无功功率源对与所述AC网络的无功功率交换的调整幅度可以是所述或每个功率转换器的所述无功电流需求的改变率的函数。在本发明的方法中，由所述或每个动态无功功率源对与所述AC网络的无功功率交换的调整幅度可以是所述或每个功率转换器的所述无功电流需求在或基本上在所述或相应无功电流特性阈值的改变率的函数。
在本发明的方法中，所述或每个动态无功功率源可包括但不限于STATCOM或SVC。
将领会，除非另有规定，否则在本专利说明书中术语“第一”和“第二”等的使用仅仅意在帮助区分类似的特征，并且不意在指示一个特征优于另一特征的相对重要性。
在本申请的范围内，明确意图的是，在前述段落和权利要求书和/或以下描述和附图中阐述的各个方面、实施例、示例和备选，并且特别是其单独的特征，可以独立地或以任何组合来采用。也就是说，所有实施例和任何实施例的所有特征能以任何方式和/或组合进行组合，除非此类特征不兼容。申请人保留相应得改变任何最初提交的权利要求或提交任何新权利要求的权利，包括修正任何最初提交的权利要求以从属于和/或并入任何其它权利要求的任何特征的权利，尽管最初并未以该种方式要求权利。
本发明提供一组技术方案，如下。
技术方案1. 一种电气组合件，包括至少一个功率转换器（20）和至少一个动态无功功率源（52），所述或每个功率转换器（20）和所述或每个动态无功功率源（52）可连接到AC网络（40），所述或每个功率转换器（20）和所述或每个动态无功功率源（52）可操作用于与AC网络（40）交换无功功率，其中，所述或每个动态无功功率源（52）被配置成响应于所述或每个功率转换器（20）的无功电流需求（Iq ref）的特性超过一个或相应的无功电流特性阈值而选择性地调整其与AC网络（40）的无功功率交换。
技术方案2. 根据技术方案1所述的电气组合件，其中，所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的特性超过所述或相应无功电流特性阈值包括所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的幅度超过一个或相应无功电流幅度阈值。
技术方案3. 根据技术方案1或2所述的电气组合件，其中，所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的特性超过所述或相应无功电流特性阈值包括所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的改变率超过一个或相应无功电流改变率阈值。
技术方案4. 根据前述技术方案中任一项所述的电气组合件，其中，所述或每个动态无功功率源（52）被配置成响应于所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的特性超过所述或相应无功电流特性阈值而选择性地调整其与所述AC网络（40）的无功功率交换，以将所述或每个功率转换器（20）维持在预定义的无功电流操作范围内。
技术方案5. 根据前述技术方案中任一项所述的电气组合件，其中，所述或每个动态无功功率源（52）被配置成响应于在电容方向上所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的特性超过所述或相应无功电流特性阈值而选择性地在所述电容方向上调整其与所述AC网络（40）的无功功率交换。
技术方案6. 根据前述技术方案中任一项所述的电气组合件，其中，所述或每个动态无功功率源（52）被配置成响应于在电感方向上所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的特性超过所述或相应无功电流特性阈值而选择性地在所述电感方向上调整其与所述交流网络（40）的无功功率交换。
技术方案7. 根据前述技术方案中任一项所述的电气组合件，其中，所述或每个动态无功功率源（52）被配置成响应于在第一方向上所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的特性超过所述或相应无功电流特性阈值而选择性地在所述第一方向上调整其与所述AC网络（40）的无功功率交换，所述或每个动态无功功率源（52）被配置成在所述第一方向上所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的特性超过所述或相应无功电流特性阈值之后，响应于在第二方向上所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的特性超过所述或相应无功电流特性阈值，而选择性地在所述第二方向上调整其与所述AC网络（40）的无功功率交换，并且所述第一方向与所述第二方向相反。
技术方案8. 根据前述技术方案中任一项所述的电气组合件，其中，所述或相应无功电流特性阈值是固定无功电流特性阈值。
技术方案9. 根据技术方案1至8中任一项所述的电气组合件，其中，所述或相应无功电流特性阈值是可变无功电流特性阈值。
技术方案10. 根据技术方案1至8中任一项所述的电气组合件，其中，所述电气组合件包括多个功率转换器（20），所述无功电流特性阈值中的至少一个是固定无功电流特性阈值，并且所述无功电流特性阈值中的所述或每个其它阈值是可变无功电流特性阈值。
技术方案11. 根据技术方案9或10所述的电气组合件，其中，所述或相应可变无功电流特性阈值是所述或每个功率转换器（20）的至少一个电气参数和/或至少一个操作技术方案状态的函数。
技术方案12. 根据前述技术方案中任一项所述的电气组合件，其中，由所述或每个动态无功功率源（52）对与所述AC网络（40）的无功功率交换的调整幅度是所述或每个功率转换器（20）的至少一个电气参数和/或至少一个操作状态的函数。
技术方案13. 根据前述技术方案中任一项所述的电气组合件，其中，由所述或每个动态无功功率源（52）对与所述AC网络（40）的无功功率交换的调整幅度是所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的改变率的函数。
技术方案14. 根据前述技术方案中任一项所述的电气组合件，其中，由所述或每个动态无功功率源（52）对与所述AC网络（40）的无功功率交换的调整幅度是所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）在或基本上在所述或相应无功电流特性阈值的改变率的函数。
技术方案15. 一种操作电气组合件的方法，所述电气组件包括至少一个功率转换器（20）和至少一个动态无功功率源（52），所述或每个功率转换器（20）和所述或每个动态无功功率源（52）可连接到AC网络（40），所述或每个功率转换器（20）和所述或每个动态无功功率源（52）可操作用于与AC网络（40）交换无功功率，其中，所述方法包括如下步骤：响应于所述或每个功率转换器（20）的无功电流需求（Iq ref）的特性超过一个或相应的无功电流特性阈值而操作所述或每个动态无功功率源（52）来调整其与AC网络（40）的无功功率交换。
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示出根据本发明的实施例的电气组合件的电压源转换器；
图2示出示例性半桥链式链路模块的示意图；
图3示出示例性全桥链式链路模块的示意图；
图4示出根据本发明的实施例的电气组合件；
图5示出根据本发明另一实施例的电气组合件；
图6示出经由电感电路连接到连接点的电压源转换器的代表性电路；
图7示出根据本发明的实施例的电气组合件的电压源转换器的PQ特性；以及
图8示出说明根据本发明的实施例的电气组合件的示例操作的流程图。
附图不一定按比例绘制，并且为了清楚和简明起见，附图的某些特征和某些视图可按比例放大或以示意形式示出。
具体实施方式
功率转换器和动态无功功率源都在两种控制模式下提供无功功率；无功功率控制和AC电压控制。无功功率控制与AC网络交换定义的无功功率，而AC电压控制自动改变与AC网络的无功功率交换，以支持连接点（PoC）处的AC电压达到目标值。
当操作并联动态无功功率源时，每个并联动态无功功率源可以在无功功率控制模式或AC电压控制模式下操作，使得并联动态功率源仅在AC电压控制模式、仅在无功功率控制模式或AC电压控制模式和无功功率控制模式的组合下操作。通常，当需要AC电压控制模式时，一个装置在AC电压控制模式下操作，而另一装置在无功功率控制模式下操作，以避免不利的交互。备选地，两个并联装置都可以在AC电压控制模式下操作，其中无功功率/AC电压降特性被应用于这两个装置，以便它们共享控制功能。然而，这些操作模式在设备性能和损耗方面无助于优化整体解决方案。
本发明的以下实施例主要用于HVDC应用中的AC-DC电压源转换，但是应当领会，本发明的以下实施例在作必要的修改后可应用于其它类型的电压源转换器和在不同电压电平下操作的其它应用。
根据本发明的实施例的电气组合件包括功率转换器和动态无功功率源。
在所示的实施例中，功率转换器是电压源转换器，其在图1中示出，并且一般由附图标记20指定。电压源转换器20包括第一DC端子24和第二DC端子26以及多个转换器分支28。每个转换器分支28在第一DC端子24和第二DC端子26之间延伸，并且包括由相应AC端子34分开的第一分支部分30和第二分支部分32。在每个转换器分支28中，第一分支部分30在第一DC端子24和AC端子34之间延伸，而第二分支部分32在第二DC端子26和AC端子34之间延伸。在使用中，电压源转换器20的第一DC端子24和第二DC端子26分别连接到DC网络36、38。在使用中，电压源转换器20的每个转换器分支28的AC端子34经由星形-三角形变压器布置42连接到三相AC网络40的相应AC相。设想在本发明的其它实施例中，变压器布置42可以是星形-星形变压器布置，可以是另一种类型的变压器布置，或者可以完全省略。三相AC网络40是AC功率网40。
每个分支部分30、32包括开关阀，该开关阀包括由多个串联连接的模块44定义的链式链路转换器。每个模块44可以在拓扑上变化，其示例描述如下。图2示意性地示出半桥模块44a形式的示例性模块44的结构。半桥模块44a包括一对开关元件46和电容器48。半桥模块44a的每个开关元件46是与反并联二极管并联连接的IGBT的形式。该对开关元件46在半桥布置中与电容器48并联连接，以定义二象限单极模块44a，该模块能提供零电压或正电压，并且能在两个方向都传导电流。图3示意性地示出全桥模块44b形式的示例性模块44的结构。全桥模块44b包括两对开关元件46和电容器48。全桥模块44b的每个开关元件46是与反并联二极管并联连接的IGBT的形式。这些对开关元件46在全桥布置中与电容器48并联连接，以定义四象限双极模块44b，该模块可以提供负、零或正电压，并且能在两个方向上都传导电流。
给定模块44的结构包括给定模块44中使用的开关元件46和能量存储装置48的布置和类型。将领会，并非所有的模块44都必须具有相同的模块结构。例如，多个模块44可包括半桥模块44a和全桥模块44b的组合。
可以设想，在本发明的其它实施例中，每个模块44的每个开关元件46可以由栅极关断晶闸管（GTO）、场效应晶体管（FET）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、注入增强型栅极晶体管（IEGT）、集成栅极换向晶闸管（IGCT）、双模式绝缘栅极晶体管（BIGT）或任何其它自换向半导体装置来代替。还设想，在本发明的其它实施例中，每个二极管可以由多个串联连接的二极管代替。
通过改变开关元件46的状态，每个模块44的电容器48被选择性地旁路或插入到对应链式链路转换器中。这选择性地引导电流经过电容器48或使电流旁路电容器48，使得模块44提供零电压或非零电压。当模块44中的开关元件46被配置成在模块44中形成短路时，模块44的电容器48被旁路，由此该短路旁路电容器48。这使得对应链式链路转换器中的电流经过短路并旁路电容器48，并且因此模块44提供零电压，即模块44被配置成旁路模式。当模块44中的开关元件46被配置成允许对应链式链路转换器中的电流流入和流出电容器48时，模块44的电容器48被插入到对应链式链路转换器中。然后，电容器48对其存储的能量充电或放电，以便提供非零电压，即模块44被配置成非旁路模式。
以这种方式，每个模块44中的开关元件46是可开关的，以控制电流经过对应电容器48的流动。
经由将多个模块44（各提供它自己的电压）的电容器插入到每个链式链路转换器中，有可能在每个链式链路转换器上积累组合电压，该电压高于从其单独模块44中的每个可获得的电压。以这种方式，每个模块44中的开关元件46的开关使得每个链式链路转换器提供步进式可变电压源，这允许使用逐步近似法在每个链式链路转换器上生成电压波形。因此，每个分支部分30、32中的开关元件46是可开关的，以选择性地容许和禁止电流流过对应电容器48，以便控制对应分支部分30、32两端的电压。
可以设想，在本发明的其它实施例中，每个模块44可以由另一种类型的模块代替，该模块包括至少一个开关元件和至少一个能量存储装置，每个这样的模块中的所述或每个开关元件和所述或每个能量存储装置被布置成成可组合以选择性地提供电压源。
还可以设想，在本发明的其它实施例中，每个模块44中的电容器48可以由能够存储和释放能量以提供电压的另一种类型能量存储装置（例如电池或燃料电池）代替。
进一步设想，在本发明的又一些其它实施例中，每个模块44可以由至少一个开关元件代替。
电压源转换器20进一步包括被编程为控制开关元件46开关的转换器控制器50。为了简单起见，转换器控制器50参考其作为单个控制单元的实现来示例性地描述。在其它实施例中，转换器控制器50可以被实现为多个控制单元。转换器控制器50的配置可以根据电压源转换器20的具体要求而变化。例如，转换器控制器50可包括多个控制单元，控制单元中的每个被编程为控制模块44中的相应一个模块的开关元件46的开关。每个控制单元可以被配置成在对应模块44的内部或外部。备选地，转换器控制器50可包括对应模块44内部的一个或多个控制单元和对应模块44外部的一个或多个控制单元的组合。每个控制单元可以被配置成经由电信链路与至少一个其它控制单元通信。
动态无功功率源包括STATCOM 52。在其它实施例中，STATCOM 52可以由不同的动态无功功率源（诸如SVC）代替。如图4中所示，STATCOM 52经由变压器54与互连AC网络40和星形-三角形变压器布置42的功率传输线路分路连接。在图5中所示的备选实施例中，变压器布置42可以进一步包括三级绕组56，并且STATCOM 52可以连接到三级绕组56。
STATCOM 52包括动态无功功率源控制器58，该控制器被编程为控制STATCOM 52与AC网络40交换无功功率，并动态调整其与AC网络40无功功率交换的幅度。动态无功功率源控制器58被配置成例如经由一个或多个电信链路与转换器控制器50通信。将领会，可以使用电气组合件的其它控制器配置。例如，转换器控制器50和动态无功功率源控制器58可以由公共控制器（诸如全局控制器）控制，或者转换器控制器50和动态无功功率源控制器58可以是同一控制器或同一更高级控制器的一部分。
电气组合件的操作描述如下。
电压源转换器20能与AC网络40交换有功功率P和无功功率Q1两者。通过使用STATCOM 52提供在与AC网络40的PoC处的加性（additive）无功功率支持，可以降低对由电压源转换器20供应的无功功率的需求，以便增加电压源转换器20传送实际功率的容量。这由图6中所示的代表性电路示出，该电路表示经由电感电路（x）连接到PoC（V1）的电压源转换器（V2）。根据图6，电压源转换器20的有功-无功（PQ）特性可以如图7中所示导出。在图7中，虚线60表示电压源转换器20的MVA额定值，实线62是确保峰值AC电压总是低于DC电压的极限线，并表示电压源转换器20的最大电容范围，实线64是表示电压源转换器20的最大电感范围的极限线，垂直实线66、68表示在定义的无功功率下的标称有功功率极限，间隔70、72表示通过降低电压源转换器20的无功功率负荷可以实现的高于标称值的有功功率的增加，V1表示PoC处的AC电压的幅度，V2表示电压源转换器20的AC电压，而V2'表示对应于通过降低电压源转换器20的无功功率负荷可以实现的更高有功功率的电压源转换器的AC电压。将会理解，V2’具有与V2相同的长度（因此还有幅度），但是相对于V1具有不同的角度，使得它沿着表示有功功率的X轴进一步延伸。
电压源转换器20的电流具有与AC电压同相的直流分量Id和与Id相移90°的正交电流分量Iq两者。因此，Id是有功功率P的组分，而Iq是无功功率Q的组分，如等式1和2所示。
Figure 871578DEST_PATH_IMAGE001
电压源转换器20的最大电流能力极限Imax取决于转换器配置和在其构造中使用的功率电子组件。为了防止电压源转换器20的电流过载，可以通过等式3来确定注入AC网络40的预定最大电流Imax，其中V1rms是电网侧电压，Pmax是最大有功功率注入，而Qmax是最大无功功率注入。
Figure 100303DEST_PATH_IMAGE002
为了在电压扰动后维持电压水平并帮助电压恢复，在辅助电压支持下操作电压源转换器20可能是有利的。例如，可以使用电压无功功率下降方案来实现电压支持。来自电压无功功率下降的补充电压支持信号ΔV被添加到电压源转换器20的无功功率参考信号。为了使电压源转换器20优先考虑无功功率，q轴电流参考限值Iq lim被给予最大优先级，并且d轴电流参考限值Id lim变成q轴无功电流需求Iq ref的函数，如等式4和5所给出的。
Figure 880040DEST_PATH_IMAGE003
STATCOM 52和AC网络40之间的无功功率交换与电压源转换器20的操作相协调。特别地，电压源转换器20被用作主AC电压控制装置，而STATCOM 52被用于根据要求动态调整其与AC网络40的无功功率交换的幅度，以维持电压源转换器20优选地在无功电流的定义的操作范围内。
无功电流需求Iq ref的幅度和符号与电容方向和电感方向中的每个方向上的无功电流幅度阈值进行比较。最初，确定Iq ref是电容性的还是电感性的。如果Iq ref超过电容方向上的无功电流幅度阈值，则动态无功功率源控制器58控制STATCOM 52在电容方向上将其与AC网络40的无功功率交换增加了定义的量。如果Iq ref超过电感方向上的无功电流幅度阈值，则动态无功功率源控制器58控制STATCOM 52在电感方向上将其与AC网络40的无功功率交换减小定义的量。
当Iq ref在相反方向上超过无功电流幅度阈值时（即，Iq ref的幅度正在减小），则动态无功功率源控制器58控制STATCOM 52在与无功功率交换的先前改变相反的方向上将其与AC网络40的无功功率交换改变定义的量。可以对无功电流幅度阈值应用滞后，使得无功功率交换发生改变时的Iq ref值在两个方向上都不相同。这是为了提供稳定的操作，并避免STATCOM 52中无功功率调整的切换。
图8示出说明根据本发明的实施例的电气组合件的示例操作的流程图。
最初，获得电压源转换器20的有功电流需求Id ref。这允许无功电流特性阈值X1、X2、X3、X4、X5、X6从例如查找表中获得，其中每个无功电流特性阈值X1、X2、X3、X4、X5、X6是Id ref的幅度的函数。然后，获得电压源转换器20的无功电流需求Iq ref。检验Iq ref的符号以确认Iq ref是电容性的还是电感性的。
如果Iq ref是电容性的，则将Iq ref的幅度与无功电流幅度阈值X1进行比较，并将Iq ref的改变率与无功电流改变率阈值X2进行比较。如果Iq ref的幅度超过X1或者Iq ref的改变率超过X2，则STATCOM 52的无功功率需求Q2Ref被修改以将由STATCOM 52提供的无功功率jQ2增加量y。然后将Iq ref的幅度与无功电流幅度阈值X5进行比较，以检验Iq ref的幅度是否正在减小。如果Iq ref的幅度下降到X5以下，则STATCOM 52的无功功率需求Q2 Ref被修改以将由STATCOM 52提供的无功功率jQ2减小量y。
如果Iq ref是电感性的，则将Iq ref的幅度与无功电流幅度阈值X3进行比较，并将Iq ref的改变率与无功电流改变率阈值X4进行比较。如果Iq ref的幅度超过X3或者Iq ref的改变率超过X4，则修改STATCOM 52的无功功率需求Q2 Ref，以将由STATCOM 52提供的无功功率jQ2减小量y。然后将Iq ref的幅度与无功电流幅度阈值X6进行比较，以检验Iq ref的幅度是否正在减小。如果Iq ref的幅度下降到X6以下，则STATCOM 52的无功功率需求Q2 Ref被修改以将由STATCOM52提供的无功功率jQ2增加量y。
在该示例操作中，Q2 Ref的最大正值对应于STATCOM 52的最大电容输出，而Q2 Ref的最大负值对应于STATCOM 52的最大电感输出。
当电气组合件在线时，该过程可以被设置为无限循环。
Y的值可以是固定值，或者可以例如作为电压源转换器20的电气参数和/或操作状态的函数而变化。
无功电流特性阈值可以是固定或可变无功电流特性阈值。可变无功电流特性阈值可以是电压源转换器20的可测量电气参数的函数。例如，可变无功电流特性阈值可以是电压源转换器20的有功功率的函数，其可以由操作者（例如，通过指令）或者通过网络参数（例如，诸如所测量或需求的DC电压和DC电流）以及所测量的AC网络电压来确定。
可选地，STATCOM 52和AC网络40之间的无功功率交换的调整幅度可以是所述或每个功率转换器的有功功率的函数。
另外，可选地，STATCOM 52和AC网络40之间的无功功率交换的调整幅度可以是所述或每个功率转换器的无功电流需求在或基本上在所述或相应无功电流特性阈值的改变率的函数。这是为了让STATCOM 52在AC网络40中的快速动态扰动的预期下提供附加的无功功率。
电压源转换器20和STATCOM 52之间的协调通过转换器控制器50和动态无功功率控制器58之间的或者直接或者经由另一控制器（诸如全局控制器）的通信来促进。无功电流需求Iq ref的幅度和符号的比较可以由转换器控制器50或动态无功功率控制器58或不同的控制器来实行。
将进一步领会的是，图中组合件的拓扑仅仅是为了帮助说明本发明的工作而选择的，并且可以由其它合适的组合件拓扑来代替。
本说明书中对明显在先公布的文献或明显在先公布的信息的列举或讨论不应必然地视为承认该文献或信息是现有技术的一部分或是公知常识。
除非上下文另有指示，否则对于本发明的给定方面、特征或参数的优选和选项应该被视为已经结合对于本发明的所有其它方面、特征和参数的任何和所有优选和选项进行了公开。

Claims (10)

1.一种电气组合件，包括至少一个功率转换器（20）和至少一个动态无功功率源（52），所述或每个功率转换器（20）和所述或每个动态无功功率源（52）可连接到AC网络（40），所述或每个功率转换器（20）和所述或每个动态无功功率源（52）可操作用于与AC网络（40）交换无功功率，其中，所述或每个动态无功功率源（52）被配置成响应于所述或每个功率转换器（20）的无功电流需求（Iq ref）的特性超过一个或相应的无功电流特性阈值而选择性地调整其与AC网络（40）的无功功率交换。
2.根据权利要求1所述的电气组合件，其中，所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的特性超过所述或相应无功电流特性阈值包括所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的幅度超过一个或相应无功电流幅度阈值。
3.根据权利要求1或2所述的电气组合件，其中，所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的特性超过所述或相应无功电流特性阈值包括所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的改变率超过一个或相应无功电流改变率阈值。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电气组合件，其中，所述或每个动态无功功率源（52）被配置成响应于所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的特性超过所述或相应无功电流特性阈值而选择性地调整其与所述AC网络（40）的无功功率交换，以将所述或每个功率转换器（20）维持在预定义的无功电流操作范围内。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电气组合件，其中，所述或每个动态无功功率源（52）被配置成响应于在电容方向上所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的特性超过所述或相应无功电流特性阈值而选择性地在所述电容方向上调整其与所述AC网络（40）的无功功率交换。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电气组合件，其中，所述或每个动态无功功率源（52）被配置成响应于在电感方向上所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的特性超过所述或相应无功电流特性阈值而选择性地在所述电感方向上调整其与所述交流网络（40）的无功功率交换。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电气组合件，其中，所述或每个动态无功功率源（52）被配置成响应于在第一方向上所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的特性超过所述或相应无功电流特性阈值而选择性地在所述第一方向上调整其与所述AC网络（40）的无功功率交换，所述或每个动态无功功率源（52）被配置成在所述第一方向上所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的特性超过所述或相应无功电流特性阈值之后，响应于在第二方向上所述或每个功率转换器（20）的所述无功电流需求（Iq ref）的特性超过所述或相应无功电流特性阈值，而选择性地在所述第二方向上调整其与所述AC网络（40）的无功功率交换，并且所述第一方向与所述第二方向相反。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电气组合件，其中，所述或相应无功电流特性阈值是固定无功电流特性阈值。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电气组合件，其中，所述或相应无功电流特性阈值是可变无功电流特性阈值。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的电气组合件，其中，所述电气组合件包括多个功率转换器（20），所述无功电流特性阈值中的至少一个是固定无功电流特性阈值，并且所述无功电流特性阈值中的所述或每个其它阈值是可变无功电流特性阈值。
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