KR20160032199A - Ｈｖｄｃ 응용예를 위한 모듈러 멀티-레벨 ｄｃ-ｄｃ 컨버터 - Google Patents

Ｈｖｄｃ 응용예를 위한 모듈러 멀티-레벨 ｄｃ-ｄｃ 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전압 DC 네트워크들(59, 67)을 연결하기 위한 DC-DC 컨버터(20)에 관한 것이다. DC-DC 전압 컨버터(20)는 직렬 접속된 서브 컨버터들(21, 22, 23, 24)을 갖는다. DC-DC 컨버터(20)에 접속될 수 있는 고전압 DC 네트워크들은 전력 교환 수단(31, 35) 및 부가 전력 교환 수단(37)에 의해 상이한 전송 대칭들을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명을 이용하여 대칭 단극이 비대칭 양극성 네트워크에 연결될 수 있다.

Description

ＨＶＤＣ 응용예를 위한 모듈러 멀티-레벨 ＤＣ-ＤＣ 컨버터{MODULAR MULTI-LEVEL DC-DC CONVERTER FOR HVDC APPLICATIONS}
본 발명은 상이한 전압들을 갖는 고전압 DC 네트워크들을 연결하기 위한 DC 컨버터에 관한 것이다.
상이한 전압 레벨들에 있는 고전압 DC 네트워크들을 연결하기 위해 종래 기술분야에서 공지된 DC 컨버터가 도 1에 예로서 예시되어 있다. 제1 고전압 DC 네트워크의 접속을 위해, 여기에 도시된 DC 컨버터는 음의 DC 단자(3)와 함께 양의 DC 단자(2)를 형성하는 제1 DC 접속부(1)를 포함한다. 제2 고전압 DC 네트워크를 더 낮은 공칭 DC 전압과의 접속시키기 위해, 제2 DC 접속부(4)가 제공되는데, 이는 다시 양의 DC 단자(5) 뿐만 아니라 음의 DC 단자(6)를 포함한다. 제1 서브 컨버터(8)의 3개의 위상 모듈들(7)은 제1 DC 접속부(1)의 양의 DC 단자(2)와 음의 DC 단자(3) 사이에서 연장된다. 위상 모듈(7)은 여기서, 코일의 형태인 인덕턴스(10)뿐만 아니라 직렬로 서로 접속된 2개의 컨버터 암(converter arm)들(9)로 구성된다. 또한, 각각 직렬로 접속된 2개의 컨버터 암들(9) 및 하나의 인덕턴스(10)로 구성된 3개의 위상 모듈들(7)을 마찬가지로 갖는 제2 서브 컨버터(11)가 추가로 제공된다. 각각의 위상 모듈(7)은 2개의 DC 접속들을 형성하고, 이들 중 하나는 제2 DC 접속부(4)의 양의 접속 단자(5)를 구성하고, 하나는 음의 접속 단자(6)를 구성한다. 컨버터 암들(9) 사이의 전위 노드는 각자의 컨버터(8 또는 11)의 AC 접속부(12)의 하나의 AC 위상을 구성한다. 2개의 AC 접속부들(12)은 3상 변압기(14)를 통해 서로 연결된다. 상기 변압기(14)의 권선들은 임의의 바람직한 유형 및 방식으로, 예를 들어, 델타 구성 또는 스타 구성(star configuration)으로 서로 연결될 수 있다.
이러한 공지된 장치에 따라, 제1 DC 네트워크의 DC 전압은 먼저 제1 서브 컨버터(8)에 의해 AC 전압으로 전환되고, 변압기(14)에 의해 각자의 필요한 전압 레벨로 변환된 다음, 서브 컨버터(11)에 의해 원하는 DC 전압으로 전환된다.
소 내지 중 전력들을 위한 DC 컨버터들도 충분히 공지되어 있다. 코일들 및 커패시터들을 구비한 부스트 컨버터 또는 벅 컨버터들이 이 상황에서 언급되어야 하며, 여기서 전력 반도체 스위치들은 전류 흐름의 일시적 중단을 제공한다. 그러나, 공지된 부스트 또는 벅 컨버터들의 전력 반도체들은 고전압 범위 내에서 너무 과도하게 부하될 수 있어서, 이미 단시간 이후에도 복구 불가능한 손상이 발생할 수 있다.
도 2의 예에 의해 기술된 장치는 아직 미공개된 국제 특허출원 제PCT/EP2012/070203호에 의해 공지되어 있다. 여기에 도시된 DC 컨버터(15)는 양의 DC 단자(2) 및 음의 DC 단자(3)를 갖는 제1 DC 접속부(1)를 가진다. 양의 DC 단자(5) 및 음의 DC 단자(6)를 갖는 제2 DC 접속부(4)가 추가로 제공된다. DC 단자(6)는 제1 DC 접속부(1)의 DC 단자(3)와 동일한 전위에 있다. 도시된 DC 컨버터(15)는, 서로 직렬로 접속되고 컨버터 직렬 회로(16)를 형성하는 제1 서브 컨버터(8) 및 제2 서브 컨버터(11)를 더 포함하고, 여기서 제1 서브 컨버터(8)는 제1 DC 접속부(1)의 양의 DC 단자(2)에 그리고 제2 DC 접속부(4)의 양의 DC 단자(5)와 인덕턴스들(10)을 통해 DC 측 상에 접속된다. 제2 서브 컨버터(11)는 또한 DC 측에서 인덕턴스들(10)을 통해 제2 DC 접속부(4)의 양의 DC 단자(5)에 그리고 제1 DC 접속부(1)의 음의 DC 단자(3)에 연결된다. 컨버터 직렬 회로(16)는 제1 DC 접속부(1)의 DC 단자들(2, 3) 사이에서 연장된다. 그것의 위상 모듈들(7)을 가지는 제2 서브 컨버터(11)는 제2 DC 접속부(4)의 DC 단자들(5, 6) 사이에서 연장된다.
제1 DC 접속부(1)는 제1 DC 네트워크를 공칭 DC 전압(UDC1)과 접속시키는 역할을 한다. 제2 DC 접속부는 제2 DC 네트워크를 공칭 전압(UDC2)과 접속시키는 역할을 한다. 제1 DC 네트워크의 공칭 DC 전압(UDC1)은 여기서, 제2 DC 네트워크의 공칭 DC 전압(UDC2)의 3배이다(
Figure pct00001
). 따라서 DC 컨버터(15)의 전송 비(
Figure pct00002
)는 3이다. 따라서, DC 컨버터(15)의 작동 동안 제2 DC 네트워크의 전압(UDC2)은 제2 서브 컨버터(11)에서 강하된다. 제2 DC 접속부(4)의 양의 DC 단자(5)는 제1 서브 컨버터(8)와 제2 서브 컨버터(11) 사이의 DC 전위 노드에 있다.
제1 서브 컨버터(8)의 토폴로지는 제2 서브 컨버터(11)의 토포롤지에 사실상 상응할 수 있다. 그러나, 제1 DC 네트워크에서의 단락들을 차단할 수 있고, 동시에 가능한 가장 낮은 손실로 동작할 수 있기 위해, 서브 컨버터들의 구조들은 상이할 수 있다.
제1 서브 컨버터(8)의 AC 접속부(12)는 전력 교환 수단으로서, 3상 변압기(14)의 1차 권선(18)에 갈바닉 연결된다. 제2 서브 컨버터(11)의 AC 접속부(12)는 변압기의 2차 권선에 연결된다. 제1 서브 컨버터(8)와 제2 서브 컨버터(11) 사이에서 전력 교환은 변압기의 권선의 유도성 결합을 통해 이루어질 수 있다. 서브 컨버터들(8, 11)은 여기서, 제1 서브 컨버터(8)로부터 제2 서브 컨버터(11)로 전력의 흐름이 발생하는 방식으로 구동되는데, 이는 이후 전력을 제2 DC 접속부(4)에 접속된 DC 네트워크 내로 유입시킨다.
도 2에 예시된 이러한 종류의 DC 컨버터는 도 1에 도시된 DC 컨버터에 비해 훨씬 더 경제적이라는 장점을 가진다. 그러나, 도 2에 도시된 DC 컨버터는 고전압 DC 네트워크들이 서로 상이한 대칭들을 가지거나 전위 분리가 요구되는 경우, 고전압 DC 네트워크들을 서로 연결시키기에 적합하지 않다. 그러나, 이러한 상이한 대칭들은, 예를 들어, 소위 대칭적 고전압 DC 네트워크가 비대칭 양극성 고전압 DC 네트워크-전송 네트워크에 연결될 때 만족된다.
따라서, 경제적이며, 동시에 서로 상이한 대칭을 가질 수 있는 고전압 DC 네트워크들의 연결을 허용하는 DC 컨버터를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
이러한 본 발명의 과제는,
- 제1 DC 접속부의 양의 접속 단자와 음의 접속 단자 사이에 배치되는, 직렬로 접속된 서브 컨버터들로 형성된 컨버터 직렬 회로를 갖는 DC 컨버터를 통해 달성되는데, 여기서
- 컨버터 직렬 회로의 적어도 2개의 서브 컨버터들은 제1 DC 접속부의 양의 접속 단자와 중앙 접속 단자 사이에 직렬로 양극 서브 컨버터들로서 배치되고,
- 양극 서브 컨버터들은 양극 전력 교환 수단을 통해 서로 연결됨으로써, 양극 서브 컨버터들 사이의 전력 교환이 가능해지고,
- 양극 서브 컨버터들 사이의 전위 노드는 제2 DC 접속부의 양의 접속 단자를 형성하고,
- 컨버터 직렬 회로의 적어도 2개의 서브 컨버터들은 제1 DC 접속부의 음의 접속 단자와 중앙 접속 단자 사이에 직렬로 음극 서브 컨버터들로서 배치되고,
- 음극 서브 컨버터들은 음극 전력 교환 수단을 통해 서로 연결됨으로써, 음극 서브 컨버터들 사이의 전력 교환이 가능해지고,
- 음극 서브 컨버터들 사이의 전위 노드는 제2 DC 접속부의 음의 접속 단자를 형성하고,
- 부가 전력 교환 수단을 통한 양극 서브 컨버터들과 음극-서브 컨버터들 사이의 전력 교환이 가능해지는 방식으로 양극 서브 컨버터들과 음극 서브 컨버터들에 연결되는 부가 전력 교환 수단이 제공된다.
발명에 따르면, 상이한 공칭 DC 전압들뿐만 아니라 상이한 대칭을 갖는 2개의 고전압 DC 네트워크들이 서로 연결될 수 있는 DC 컨버터가 제공된다. 따라서, 발명에 따른 DC 컨버터에는 각각이 2개의 접속 단자들을 형성하는 2개의 DC 접속부들이 제공된다. 직렬로 서로 접속된 서브 컨버터들을 포함하는 컨버터 직렬 회로는, 더 큰 DC 전압에 대해 설계된 제1 DC 접속부의 접속 단자들 사이에서 연장된다. 서브 컨버터들은 양극 서브 컨버터들 및 음극 서브 컨버터들로 나뉘어질 수 있으며, 여기서 양극 서브 컨버터들은 다시 음극 서브 컨버터들과 직렬로 접속된다. 양극 서브 컨버터들과 음극 서브 컨버터들 사이의 전위 노드는 중앙 접속 단자를 형성하고, 양극 서브 컨버터들은 중앙 접속 단자와 제1 DC 접속부의 양의 접속 단자 사이에서 연장된다. 다시 말해, 양극 서브 컨버터들은 제1 DC 접속부의 양의 접속 단자와 중앙 접속 단자 사이에 직렬로 접속된다. 양극 서브 컨버터들은 여기서 양극 전력 교환 수단을 통해 서로 연결됨으로써, 이들은 서로 전력을 교환할 수 있다. DC 측에서 서로 연결된 양극 서브 컨버터들 사이의 전위 노드는 제2 DC 접속부의 양의 접속 단자를 형성한다. 상응하게 음극 서브 컨버터들이 제공되는데, 이들은 마찬가지로 직렬로 접속되며, 이러한 직렬 회로는 제1 DC 접속부의 음의 접속 단자와 중앙 접속 단자 사이에 배치된다. 음극 전력 교환 수단은 직렬로 서로 접속된 음극 서브 컨버터들 사이의 전력 교환을 가능하게 한다. 서로 직접 연결된 음극 서브 컨버터들 사이의 전위 노드는 제2 DC 접속부의 음의 접속 단자를 형성하며, 상기 단자에서, 예를 들어, 제1 DC 접속부에 비해 더 작은 전압이 강하된다. 또한, 부가 전력 교환 수단이 발명의 범주 내에 제공되며, 이의 도움으로, 양극 서브 컨버터들과 음극 서브 컨버터들 사이에서 전력 교환이 가능하게 된다. 이러한 방식으로, 서브 컨버터들 사이의 임의의 전력 흐름이 유도될 수 있으므로, 상이한 공칭 전압 및 대칭을 가지는 DC 네트워크들이라도 서로 연결될 수 있다.
편의상, 각각의 서브 컨버터는 병렬로 접속된 적어도 2개의 위상 모듈들을 포함하며, 이들 각각은 3극으로서 구현되고 각각 2개의 DC 접속 단자들 및 하나의 AC 접속 단자를 구비함으로써, AC 접속 단자들은 각자의 서브 컨버터의 AC 접속부를 형성한다. 서브 컨버터의 병렬 위상 모듈들의 DC 단자들은 서로 연결됨으로써, 브리지 회로가 생성된다. 이러한 유리한 구현예에 따르면, 양극 서브 컨버터들의 위상 모듈들 및 음극 서브 컨버터들의 위상 모듈들은 각각 3극으로서 형성된다. 바람직하게 서브 컨버터의 위상 모듈들은 동일하다.
이와 관련하여 바람직한 개선예에 따르면, 모든 서브 컨버터들은 본질적으로 동일하게 형성된다. 이들은, 다시 말해, 동일한 토폴로지(topology)를 가진다.
이와 관련하여 바람직한 개선예에 따르면, 양극 전력 교환 수단 및 음극 전력 교환 수단은, 각각 상이한 서브 컨버터들의 2개의 AC 접속부들을 서로 연결시키는 변압기를 가진다. 이러한 유리한 전개에 따르면, 양극 변압기는 양극 서브 컨버터의 AC 접속부들을 서로 유도성 결합시킴으로써, 2개의 양극 서브 컨버터들 사이의 전력 교환이 양극 변압기를 통해 AC 측에서 발생한다. 음극 서브 컨버터들의 AC 접속부들을 서로 유도성 결합시키는 음극 변압기가 상응하게 제공된다. 이러한 방식으로, 양극 서브 컨버터들 또는 음극 서브 컨버터들 사이에 교환되는 전력은 양극 변압기 또는 음극 변압기를 통해 흐른다.
서브 컨버터들의 구조 또는 토폴로지는 발명의 범주에서 본질적으로 임의적이다. 그러나, 유리하게는, 각각의 위상 모듈은 2극 서브 모듈(sub-module)들의 직렬 회로를 포함한다. 서브 모듈들은, 예를 들어, 프리휠링 다이오드(freewheeling diode)가 반대 극성으로 병렬 접속되는, IGBT, IGCT, GTO 등의 형태로 간단한 전력 반도체 스위치를 포함한다. 이와는 상이하게, 각각의 서브 모듈은 역-전도성(reverse-conducting) 전력 반도체 스위치이다. 달리 표현하자면, 각각의 서브 모듈은 오직 역-전도성 전력 반도체 스위치만으로 구성된다. 여기서 직렬로 접속된 서브 모듈들의 수는 제1 DC 접속부 및 제2 DC 접속부에서 강하되는 전압들이 각각 증가하도록 맞춰진다.
그러나 유리하게, 각각의 서브 모듈은 에너지 저장소 및 전력 반도체 회로를 구비하는데, 여기서 하프-브리지 회로 또는 풀-브리지 회로가 형성된다. 또한, 하나의 위상-모듈의 모든 또는 일부 서브 모듈들은 이중 모듈로서 구성될 수 있다. 전력 반도체 회로는 서로 접속된 복수의 전력 반도체 스위치들을 포함한다. 필요하다면, 전력 반도체 회로는 또한 프리휠링 및/또는 클램핑 다이오드들을 포함한다. 이러한 종류의 서브 컨버터는 또한 모듈러 멀티-스테이지 컨버터로서 지칭되며, 여기서 전력 반도체 회로는 하프-브리지 회로의 일부로서, 2개의 전력 반도체 스위치들로 이루어진 직렬 회로이며, 이들 각각에 프리휠링 다이오드가 반대 극성으로 병렬 접속된다. 대안적으로, 반대 극성의 프리휠링 다이오드를 가지는 전력 반도체 스위치 대신, 역-전도성 전력 반도체 스위치도 발명의 범주 내에서 사용될 수 있다. 하프-브리지 회로의 경우, 2극 서브 모듈의 하나의 접속 단자는 직렬 회로의 전력 반도체 스위치들 사이의 전위 노드에 접속되는 반면, 서브 모듈의 다른 접속 단자는 에너지 저장소의 하나의 극에 낮은 인덕턴스로 접속된다.
풀-브리지 회로에서, 각각 반대 극성의 프리휠링 다이오드를 가지는 각각 2개의 전력 반도체 스위치들로 이루어진 2개의 직렬 회로들은 에너지 저장소와 병렬로 접속된다. 접속 단자들 중 하나는 제1 직렬 회로의 전력 반도체 스위치들 사이의 전위 노드에 연결되고, 서브 모듈의 제2 접속 단자는 제2 직렬 회로의 전력 반도체 스위치들 사이의 전위 노드에 연결된다. 하나의 전력 반도체 스위치 대신, 직렬로 접속되고 동시에 구동되는 복수의 전력 반도체 스위치들을 사용하는 것도 물론 가능하다. 그러면, 동기적으로 구동된 전력 반도체 스위치들은 단일 전력 반도체 스위치처럼 작용한다.
각각의 서브 컨버터는 편의상 2개의 위상 모듈들을 포함한다. 이러한 유리한 개선예에 따르면, 서브 컨버터들은 특히 경제적으로 구성된다.
발명의 추가적인 변형에 따르면, 부가 전력 교환 수단은 양극 전력 교환 수단 및 음극 전력 교환 수단을 서로 유도성 결합시킨다. 여기서, 양극 전력 교환 수단이 양극 변압기를 포함하고, 음극 전력 교환 수단이 음극 변압기를 포함하는 경우가 바람직하다. 부가 전력 교환 수단은, 예를 들어, 양극 변압기 내에 배치된 3차 권선, 및 음극 변압기 내에 배치된 추가적인 3차 권선을 포함한다. 이러한 방식으로, 특히 간단하고 그럼으로써 경제적인 전력 결합이 발명의 범주 내에 제공된다. 공통 변압기 코어 상에서 함께 감겨 있는 3개의 권선을 가지는 변압기들은 종래 기술에 공지되어 있으며, 따라서, 이들의 상세한 구조를 여기서 더 상세하게 다룰 필요가 없다.
그러나, 이와는 달리, 부가 전력 교환 수단이 양극 서브 컨버터들 중 하나의 양극 서브 컨버터의 AC 접속부를 음극 서브 컨버터들 중 하나의 음극 서브 컨버터의 AC 접속부에 유도성 결합시키는 것이 가능하다. 이러한 유리한 설계에 따르면, 부가 전력 교환 수단은, 예를 들어, 추가적인 변압기를 포함하고, 여기서, 추가적인 변압기의 권선들 중 하나는 양극 서브 컨버터들 중 하나의 AC 네트워크 접속부에 연결되고, 추가적인 변압기의 제2 권선은 음극 서브 컨버터의 AC 접속부에 접속된다.
또한, 발명의 범주 내에서, 부가 전력 교환 수단이 AC 전력 공급 네트워크의 접속을 위해 네트워크 접속부를 구비하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 네트워크 접속부는, 예를 들어, 추가적인 변압기의 일부인 3차 권선이다. 반면, 부가 전력 교환 수단이 양극 변압기의 3차 권선 및 음극 변압기의 3차 권선을 포함하는 경우, 네트워크 접속부는, 부가 전력 교환 수단의 3차 권선들이 연결되는 연결 라인에 갈바닉 연결되는 접속 라인으로서 구현된다.
발명의 추가적인 편리한 실시예들 및 장점들은 도면의 도해들과 관련하여 발명의 예시적인 실시예들의 후속하는 설명의 대상이며, 동일한 참조 부호들은 동일한 효과를 가지는 컴포넌트들을 지칭한다.
도 1은 종래 기술에 따른 DC 컨버터를 도시한다.
도 2는 이미 출원되었으나 공개되지 않은 DC 컨버터를 도시한다.
도 3은 발명에 따른 DC 컨버터의 제1 실시예를 도시한다.
도 4는 발명에 따른 DC 컨버터의 추가적인 실시예를 도시한다.
도 5는 도 3 또는 도 4 중 하나에 따른 DC 컨버터의 서브 컨버터의 위상 모듈을 도시한다.
도 6, 7 및 8은 도 5에 따른 위상 모듈의 서브 모듈들의 실시예들을 도시한다.
도 9는 비대칭일 수 있는 2극 고전압 DC 네트워크를 대칭인 고전압 DC 네트워크에 연결하기 위한 도 3에 따른 DC 컨버터를 도시한다.
도 10은 2개의 2극 고전압 DC 네트워크들의 연결을 위한 도 3에 따른 DC 컨버터를 도시한다.
도 1 및 2는 도입부 설명과 관련하여 광범위하게 이미 기술되었다.
도 3은 4개의 서브 컨버터들(21, 22, 23 및 24)의 직렬 회로로 구성된 발명에 따른 DC 컨버터(20)의 예시적인 실시예를 도시하고, 따라서, 제1 DC 접속부(1)의 양의 접속 단자(2)와 음의 접속 단자(3) 사이에 접속된 컨버터 직렬 회로(25)가 제공된다. 또한, 접지 전위에 연결된 중앙 접속 단자(26)가 추가로 인지될 수 있다. 서브 컨버터들(21 및 22)은 제1 DC 접속부(1)의 양의 접속 단자(2)와 중앙 접속 단자(26) 사이에 배치되며, 이하에서 양극 서브 컨버터들(21 및 22)로서 지칭된다. 양극 서브 컨버터들(21 및 22) 사이의 전위 노드는 제2 DC 접속부(4)의 양의 접속 단자(5)를 형성한다. 서브 컨버터들(23 및 24)은 제1 DC 접속부(1)의 음의 접속 단자(3)와 중앙 접속 단자(26) 사이에 배치되며, 이하에서 음극 서브 컨버터들(23 및 24)로서 지칭된다. 다시 말해, 양극 서브 컨버터들(21 및 22)은 제1 DC 접속부(1)의 양의 접속 단자(2)와 중앙 접속 단자(26) 사이에 접속되는 반면, 음극 서브 컨버터들(23 및 24)은 제1 DC 접속부(1)의 음의 접속 단자(3)와 중앙 접속 단자(26) 사이에 배치된다. 음극 서브 컨버터들(23 및 24) 사이의 전위 노드는 제2 DC 접속부(4)의 음의 접속 단자를 형성한다.
상기 서브 컨버터들(21, 22, 23 및 24) 각각은 서로 병렬로 접속된 2개의 위상 모듈들을 포함하며, 이들 각각은 3극으로서 구성되며, 2개의 DC 접속 단자들 뿐만 아니라 AC 접속 단자를 가진다. 서브 컨버터(21, 22, 23 또는 24)의 위상 모듈들의 AC 접속 단자들은 각각의 서브 컨버터(21, 22, 23 또는 24)의 AC 접속부(27, 28, 29 또는 30)를 함께 형성한다. 위상 모듈의 각각의 DC 접속 단자는 병렬 위상 모듈의 DC 단자에 연결된다.
제1 양극 서브 컨버터(21)의 AC 접속부(27)는 제2 양극 서브 컨버터(22)의 AC 접속부(29)에 유도 결합된다. 이러한 목적으로, 양극 변압기(31)는 양극 전력 교환 수단으로서의 역할을 하며, 1차 권선(32) 및 2차 권선(22)을 포함한다. 1차 권선(32)은 제1 양극 서브 컨버터(21)의 AC 접속부(27)에 갈바닉 연결되며, 2차 권선(33)은 제2 양극 서브 컨버터(22)의 AC 접속부(29)에 갈바닉 연결된다. 양극 변압기(31)는 또한 하기에 더 상세하게 고려된 3차 권선(34)을 포함한다.
음극 변압기(35)는 DC 컨버터(20)의 음극 측에서 음극 전력 교환 수단으로서 인지될 수 있는데, 이는 동일한 방식으로 제1 음극 서브 컨버터(23)의 AC 접속부(29)를 제2 음극 서브 컨버터(24)의 AC 접속부(30)에 유도 결합시킨다.
양극 전력 교환 수단(31)의, 또는 음극 전력 교환 수단(35)의 도움으로, 양극 서브 컨버터와 음극 서브 컨버터 사이의 전력 교환이 가능해진다. 전력의 흐름은 각각의 서브 컨버터들(21, 22, 23 및 24)의 전력 반도체 스위치들에 대한 구동을 통해 제어될 수 있다. 서브 컨버터들(21, 22, 23 및 24)의 각각의 토폴로지에 따라, 적절한 제어기가 이를 위해 사용된다. 서브 컨버터들의 AC 접속부들에서의 AC 전압들 및 전류들은 제어기의 도움으로 조정될 수 있다. 그러나, 이러한 종류의 개회로 제어 또는 폐회로 제어 유닛들은 통상의 기술자에게 공지되어 있으므로, 이들을 본원에서 더 상세히 다룰 필요가 없다.
양극 변압기(31)와 마찬가지로, 음극 변압기(35)는 또한, 함께 유도성 결합된 권선들(32 및 33) 이외에, 양극 변압기(31)의 3차 권선(34)에 연결 라인(36)에 의해 갈바닉 연결된 3차 권선(34)을 가진다. 여기서, 양극 변압기(31) 및 음극 변압기(35)의 3차 권선들(34)은, 이들의 2상 연결 라인(36)과 함께, 소위 부가 전력 교환 수단(37)을 형성하며, 이에 의해 양극 전력 교환 수단(31)과 음극 전력 교환 수단(35) 사이의 전력 교환이 가능해진다. 이러한 추가적인 전력 결합에 기반하여, 상이한 공칭 전압들을 가질 뿐만 아니라 상이한 전송 토폴로지를 가지는 고전압 DC 네트워크들의 연결을 위해 DC 컨버터(20)를 사용하는 것이 가능하다. 이러한 특징은 하기에서 더 상세히 다룰 것이다.
이미 기술된 바와 같이, 3차 권선들(34) 및 이들의 연결 라인(36)은 부가 전력 교환 수단(37)을 형성한다. 도 3에 도시된 예시적인 실시예에서, 부가 전력 교환 수단(37)은 전력 공급 네트워크에 대한 접속으로서 사용될 수 있는 네트워크 접속부(38)를 가진다. 여기서 네트워크 접속부(38)는 연결 라인(36)의 각각의 위상에 연결되는 2상 접속 라인이다.
도 4는 발명에 따른 DC 컨버터의 추가적인 예시적인 실시예를 도시하며, 이는 단지 부가 전력 교환 수단(37)의 구성에 있어서만 도 3에 도시된 예시적인 실시예와 상이하다. 따라서 3차 권선 대신, 도 4에 도시된 DC 컨버터(20)는 서로 유도성 결합된 1차 권선(40) 및 2차 권선(41)을 가지는 추가적인 변압기(39)를 가진다. 여기서의 1차 권선(40)은 제1 양극 서브 컨버터(21)의 AC 접속부(27)에 연결된다. 반면, 추가적인 변압기(39)의 2차 권선(41)은 제1 음극 서브 컨버터(23)의 AC 접속부(29)에 접속된다. 양극 서브 컨버터들(21) 중 하나와 음극 서브 컨버터들(23) 중 하나 사이의 전력 교환은 추가적인 변압기(39)를 통해 가능해진다. 양극 서브 컨버터들(21 및 22)뿐만 아니라 음극 서브 컨버터들(23 및 24)이 각각 양극 전력 교환 수단 또는 음극 전력 교환 수단을 통해 서로 결합되기 때문에, 서브 컨버터들(21, 22, 23 및 24) 사이의 임의의 바람직한 전력 흐름도 또한 도 4에 도시된 예시적인 실시예에서 가능하게 되므로, 또한 상이한 고전압 DC 네트워크들의 연결이 가능하게 된다.
도 5는 서브 컨버터들(22, 23, 24, 또는 25) 중 하나의 위상 모듈의 예시적인 실시예를 도시한다. 각각의 위상 모듈(7)이 제1 DC 접속 단자(42) 및 제2 DC 접속 단자(43)를 포함하는 것을 알 수 있다. 추가로, AC 접속 단자(44)가 인지될 수 있고, 컨버터 암(9)은 각각의 경우, 각각의 DC 접속 단자(42 또는 43)와 AC 접속 단자(44) 사이에서 연장된다. 다시 말해, 각각의 위상 모듈(7)은 직렬로 서로 연결된 2개의 컨버터 암들(9)을 가지며, 컨버터 암들(9) 사이의 전위 노드는 AC 접속 단자(44)를 형성한다. 이 지점에서, 각각의 위상 모듈(7)이 또한 위상 모듈들(7)을 통해 흐르는 회로 전류를 제한하기 위한 인덕턴스들을 가질 수 있다는 것에 유의해야 한다.
또한, 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 컨버터 암들(9) 및 그에 따라 위상 모듈들(7)은 각각, 도 5에 예시된 예시적인 실시예에서, 서로 상이한 설계들을 가지는 2극 서브 모듈들(46)의 직렬 회로를 포함한다. 이러한 서브 모듈들(46)의 예들은 도 6, 7 및 8에 예시된다. 발명의 범주에서, 위상 모듈들(7)은 도 5에 제시된 바와 같이, 동일한 서브 모듈들로, 그러나 또한 상이한 서브 모듈들로 구성될 수 있다.
도 6에 예시된 서브 모듈(46)은 소위 하프-브리지 회로이다. 이러한 서브 모듈(46)이 단극성 커패시터(47)의 형태인 에너지 저장소(47)를 포함한다는 것을 알 수 있다. 2개의 전력 반도체 스위치들(49), 이 경우 IGBT들의 직렬 회로(48)가 커패시터(47)와 병렬로 접속되고, 각각의 IGBT(49)는 다시 이와 병렬로 접속된 반대 극성의 프리휠링 다이오드(50)를 가진다. 서브 모듈(46)의 제1 서브 모듈 접속 단자(51)가 커패시터(47)의 하나의 극에 접속되는 반면, 제2 서브 모듈 접속 단자(52)는 IGBT들(49) 사이의 전위 노드에 접속된다. 따라서, 전력 반도체 스위치(49)가 구동되는 방법에 따라, 커패시터(47)에서 강하되는 전압(Um) 또는 제로 전압을 생성하는 것이 가능하다.
도 7은 서브 모듈(46)의 추가적인 예시적인 실시예를 도시하며, 상기 서브 모듈은 마찬가지로, 단극성 전압(Um)이 강하되는 커패시터 형태의 에너지 저장소(47)를 포함한다. 여기서 다시, 2개의 IGBT들(49)의 제1 직렬 회로(48)가 제공되며, 각각의 IGBT(49)는 다시 이와 병렬로 접속된 반대 극성의 프리휠링 다이오드(50)를 가진다. 그러나, 제2 직렬 회로(53)가 또한 제공되며, 마찬가지로 커패시터(47)와 병렬로 접속된다. 제2 직렬 회로(53)는 또한 직렬로 접속된 2개의 IGBT들(49)을 포함하며, 반대 극성의 프리휠링 다이오드(50)가 이들 각각과 병렬로 접속된다. 제1 서브 모듈 접속 단자(51)는 제1 직렬 회로(46)의 IGBT들(49) 사이의 전위 노드에 연결되며, 이때 제2 직렬 회로(50)의 IGBT들(47) 사이의 전위 노드는 제2 접속 단자(52)를 형성한다. 풀-브리지 회로를 이용하면, 에너지 저장소(47)에서 강하되는 전압(Um), 제로 전압, 또는 역 커패시터 전압(-Um)이 2개의 접속 단자들(51 및 52)에서 한번 생성될 수 있다.
접속 단자들(51 및 52) 사이의 전류 흐름은 또한 도 11에 따른 풀-브리지 회로(46)를 이용하여 양방향들에서 선택적으로 제어될 수 있다. 달리 표현하자면, 단락의 경우, 반대 전위가 풀-브리지 모듈(46)의 도움으로 양방향으로 전개될 수 있고, 단락 전류를 억제하기 위해 사용될 수 있다. 따라서 하프-브리지 회로로서 구현되는, 도 6에 따른 서브 모듈(46)을 이용하면, 상응하는 극성의 경우, 전류가 서브 모듈 접속 단자(51)로부터 하부 프리휠링 다이오드(50)를 통해 서브 모듈 접속 단자(52)로 흘러들어가는 것이 가능하며, 이는 능동적으로 중단될 수 없다. 따라서, 이 방향으로의 단락 전류는 영향을 받을 수 없다. 반면, 하프-브리지 회로는, 하프-브리지 회로의 구성을 위해 2개의 IGBT들 및 2개의 프리휠링 다이오드들만을 요구하므로, 도 7에 따른 풀-브리지 회로보다 제조하기에 훨씬 더 경제적이라는 장점을 제공한다. 또한, 하프-브리지 회로의 손실이 더 낮다.
도 18에 예시된 서브 모듈(46)은 2개의 구현예들 간의, 즉, 하프-브리지 회로와 풀-브리지 회로 간의 절충을 나타내며, 이는 이중-모듈 회로로도 공지되어 있다. 이중-모듈 회로(46)는 제WO 2011/067120호에 기재되어 있으며, 2개의 동일한 서브-유닛들(54 및 55)로 구성되는데, 이들의 토폴로지는 하프-브리지 회로의 토폴로지에 기반한다. 서브-유닛들(54 및 55)은 각각 커패시터 형태의 에너지 저장소(47)뿐만 아니라, 각각 반-병렬 프리휠링 다이오드(anti-parallel freewheeling diode)(50)를 가지는, 2개의 IGBT들(49)의 직렬 회로(48)를 포함한다. 역-전도성 전력 반도체들이 대안적으로 고려될 수 있다. 제1 서브 모듈 접속 단자(51)가 제1 서브-유닛(54)의 IGBT들(49) 사이의 전위 노드에 연결되는 반면, 제2 서브 모듈 접속 단자(52)는 제2 서브-유닛(55)의 IGBT들(49)의 전위 노드에 연결된다. 2개의 서브-유닛들(54 및 55)은 연결 수단(56)에 의해 서로 연결되며, 여기서, 연결 수단(56)은 전위 격리 다이오드들(57)뿐만 아니라 중앙 분기(58) 내의 또 다른 IGBT(49)를 포함하는데, 이는 하부 전위 분리 다이오드(57)의 캐소드를 상부 전위 분리 다이오드(57)의 애노드와 접속시킨다. 이러한 서브 모듈(46)은 직렬로 접속된 도 6에 따른 2개의 하프-브리지 회로들(46)과 동일한 전압들을 서브 모듈 접속 단자들(51, 52)에서 생성할 수 있지만, 여기서, 연결 수단(56)은, 반대 전위가 양방향으로 단락 전류들에 대해 전개될 수 있음을 보장한다. 따라서, 접속 단자들(51 및 52)을 통해 양방향으로 흐르기를 원할 수 있는 단락 전류들은 선별적으로 감소하거나 심지어 억제될 수 있다.
다시 도 5와 관련하여, 서브 모듈(46)의 구동에 따라, 각각의 DC 접속(42, 43)과 각각의 AC 접속 단자(44) 사이에 강하된 전압은, 단계별로 달라질 수 있다. 따라서, 각각의 서브 컨버터(21, 22, 23, 24) 중 하나의 서브 컨버터의 AC 접속 단자(44)에서의 AC 전압이 조정될 수 있다.
도 9는 도 3에 따른 DC 컨버터를 도시하며, 제1 DC 접속부(1)는 2극 고전압 DC 네트워크(59)에 연결된다. 고전압 DC 네트워크(59)는 12-펄스 컨버터(61)의 DC 접속의 단자에 연결된 양극 라인(60)을 가진다. 12-펄스 컨버터(61)의 DC 접속의 제2 단자는 음극 라인(62)에 연결되는데, 이는 차례로 DC 컨버터(20)의 제1 DC 접속부(1)의 음의 접속 단자(3)에 연결된다.
12-펄스 컨버터(61)는, 공지된 방식으로, 직렬로 서로 접속된 2개의 6-펄스 컨버터들(63 및 64)을 가지며, 6-펄스 컨버터들(63 및 64) 사이의 접속 노드는 접지 전위에 연결된다. 이러한 접지 접속은 접지 접속 라인(64)을 통해 DC 컨버터(20)의 중앙 접속 단자(20)에 연결된다. 6-펄스 컨버터들(63 및 64) 각각은 또한 3-권선 변압기(66)의 권선에 연결된 AC 접속부(65)를 가진다. 변압기(66)는 그의 1차 권선을 통해 AC 네트워크에 연결되며, 이는 더 이상 상세하게 도시되지 않는다. 변압기의 나머지 권선들의 상이한 상호접속(델타, 스타)을 통해, 위상 시프트가 생성되며, 따라서, 바람직한 12-펄스 회로가 가능하게 된다. 2극 고전압 DC 네트워크는, 전력 전송이 심지어 1개의 극이 고장일 때도, 즉, 예를 들어, 컨버터(65)가 고장난 경우에도 계속될 수 있다는 장점을 가지며, 여기서, 접지 접속 라인(65)이 극 라인(62)을 대신한다. 따라서, 극 라인들(60 및 62)은 상이한 강도로 부하될 수 있고, 이때보상 전류가 접지 접속 라인(65)을 통해 흐른다.
반면, DC 컨버터(20)의 제2 DC 접속부(4)는, 소위 대칭 고전압 DC 네트워크에, 즉, 양의 DC 극 라인(69)과 음의 DC 극 라인(70)을 포함하는 제2 고전압 DC 네트워크(68)에 연결된다. 2개의 DC 극 라인들(68 및 69)은 각각, 그래츠 브리지(Graetz bridge)의 형태로 접속된, 예를 들어, 도 5에 따른 3개의 위상 모듈들(3)로 구성된, 단극 컨버터(71)의 DC 접속에 접속된다. 따라서, 컨버터(71)는 예를 들어, 풍력 단지(wind farm)의 AC 네트워크가 접속되는 AC 접속부(72)를 가진다. DC 극 라인들(69 및 70)은 여기서 항상 동일하게 부하된다. 전력은 대칭적으로 전송된다. DC 컨버터(20)의 도움으로, 컨버터들(61 및 71) 사이의 전력의 흐름은 하나의 극이 고장일 때조차 유지될 수 있다.
도 10은 2개의 2극 컨버터들(61)을 연결시키기 위한 DC 컨버터(20)의 사용을 도시한다. 두 접지 접속 라인(65)은 여기서 DC 컨버터의 접지된 중앙 접속 단자(26)에 연결된다.

Claims (10)

  1. 상이한 전압을 갖는 고전압 DC 네트워크들(59, 67)을 연결하기 위한 DC 컨버터(20)로서,
    - 제1 DC 접속부(1)의 양의 접속 단자(2)와 음의 접속 단자(3) 사이에 배치되는, 직렬 접속된 서브 컨버터들(sub-converters)(21, 22, 23, 24)로 형성된 컨버터 직렬 회로(25)를 가지며, 여기서
    - 상기 컨버터 직렬 회로의 적어도 2개의 서브 컨버터는 상기 제1 DC 접속부(1)의 양의 접속 단자(2)와 중앙 접속 단자(26) 사이에 직렬로 양극 서브 컨버터들(21, 22)로서 배치되고,
    - 상기 양극 서브 컨버터들(21, 22)은 양극 전력 교환 수단(31)을 통해 서로 연결됨으로써, 상기 양극 서브 컨버터들(21, 22) 사이의 전력 교환이 가능해지고,
    - 상기 양극 서브 컨버터들(21, 22) 사이의 전위 노드는 제2 DC 접속부(4)의 양의 접속 단자(5)를 형성하며,
    - 상기 컨버터 직렬 회로의 적어도 2개의 서브 컨버터들은 상기 제1 DC 접속부(1)의 음의 접속 단자(3)와 중앙 접속 단자(26) 사이에 직렬로 음극 서브 컨버터들(23, 24)로서 배치되고,
    - 상기 음극 서브 컨버터들(23, 24)은 음극 전력 교환 수단(35)을 통해 서로 연결됨으로써, 상기 음극 서브 컨버터들(23, 24) 사이의 전력 교환이 가능해지고,
    - 상기 음극 서브 컨버터들(23, 24) 사이의 전위 노드는 상기 제2 DC 접속부(4)의 음의 접속 단자(6)를 형성하며,
    - 부가 전력 교환 수단(37)을 통해 상기 양극 서브 컨버터들(21, 22)과 상기 음극 서브 컨버터들(23, 24) 사이의 전력 교환이 가능해지는 방식으로, 상기 양극 서브 컨버터들(21, 22)과 상기 음극 서브 컨버터들(23, 24)에 연결되는 부가 전력 교환 수단(37)이 제공되는, DC 컨버터(20).
  2. 제1항에 있어서, 각각의 서브 컨버터(21, 22, 23, 24)는 적어도 2개의 위상 모듈들(17)을 포함하며, 이들은 각각 3극으로서 형성되고 각각 2개의 DC 접속 단자들(42, 43) 및 하나의 AC 접속 단자(44)를 구비함으로써, 상기 AC 접속 단자들(44)은 각각의 서브 컨버터(21, 22, 23, 24)의 AC 접속부(27, 28, 29, 30)를 형성하는 것을 특징으로 하는, DC 컨버터(20).
  3. 제2항에 있어서, 상기 양극 전력 교환 수단(31) 및 상기 음극 전력 교환 수단(35)은 각각 상이한 서브 컨버터들(21, 22, 23, 24)의 AC 접속부들(27, 28, 29, 30)을 서로 연결하는 변압기를 갖는 것을 특징으로 하는, DC 컨버터(20).
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 각각의 위상 모듈(7)은 2극 서브 모듈들(46)의 직렬 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는, DC 컨버터(20).
  5. 제4항에 있어서, 각각의 서브 모듈(46)은 에너지 저장소(47) 및 전력 반도체 회로를 포함하고, 하프 브리지 회로 또는 풀 브리지 회로, 또는 이중 모듈이 형성되는 것을 특징으로 하는, DC 컨버터(20).
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 서브 컨버터(21, 22, 23, 24)는 2개의 위상 모듈들(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는, DC 컨버터(20).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부가 전력 교환 수단(37)은 상기 양극 전력 교환 수단(31)과 상기 음극 전력 교환 수단(35)을 서로 유도 결합시키는 것을 특징으로 하는, DC 컨버터(20).
  8. 제7항에 있어서, 상기 양극 전력 교환 수단은 양극 변압기(31)를 포함하고, 상기 음극 전력 교환 수단은 음극 변압기(35)를 포함하며, 상기 부가 전력 교환 수단(37)은 상기 음극 변압기(35) 내의 3차 권선(34) 및 상기 양극 변압기(31) 내의 3차 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는, DC 컨버터(20).
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부가 전력 교환 수단(37)은, 양극 서브 컨버터들(21, 22) 중 하나의 양극 서브 컨버터의 AC 접속부(27, 28)를, 음극 서브 컨버터들(23, 24) 중 하나의 음극 서브 컨버터의 AC 접속부(29, 30)와 서로 유도 결합시키는 것을 특징으로 하는, DC 컨버터(20).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부가 전력 교환 수단(37)은 AC 전력 공급 네트워크의 접속을 위해 네트워크 접속부(38)를 구비한 것을 특징으로 하는, DC 컨버터(20).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200067861A (ko) * 2017-10-10 2020-06-12 존슨 컨트롤스 테크놀러지 컴퍼니 이중-공급 가변속 드라이브를 위한 시스템 및 방법

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140347898A1 (en) * 2012-05-31 2014-11-27 General Electric Company Modular multi-level power conversion system with dc fault current limiting capability
JP6350660B2 (ja) * 2014-06-17 2018-07-04 株式会社明電舎 共振負荷用電力変換装置および共振負荷用電力変換装置の時分割運転方法
DE102015105889A1 (de) * 2015-04-17 2016-10-20 Ge Energy Power Conversion Technology Limited Schaltmodul und Umrichter mit wenigstens einem Schaltmodul
DE102015209948A1 (de) * 2015-05-29 2016-12-01 Siemens Aktiengesellschaft Spannungswandleranordnung mit kapazitiver Kopplung
EP3316466B1 (de) * 2016-10-28 2021-01-20 Siemens Aktiengesellschaft Gleichspannungswandler und anlage zum übertragen elektrischer leistung
CN108321828B (zh) * 2017-01-18 2022-01-11 华北电力大学 一种电流源-混合电压源串联型换流器拓扑
US11289996B2 (en) * 2017-07-31 2022-03-29 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Converter assembly with an ability to disconnect a fault current and a method for disconnecting a fault current at a converter assembly of this type
CN108288859B (zh) * 2018-01-09 2022-01-25 国电南京自动化股份有限公司 非对称的隔离型二重化串联再生制动能馈装置及控制方法
EP4094352A1 (de) * 2020-03-24 2022-11-30 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Versorgungseinrichtung für eine hochstromlast und anordnung mit der versorgungseinrichtung
FR3112037B1 (fr) * 2020-06-26 2023-08-25 Inst Supergrid Convertisseur de tension DC/DC comprenant un module supérieur et un module inférieur
CN113258776B (zh) * 2021-05-26 2023-03-07 哈尔滨工业大学 用于大规模海上风电直流送出的高升压比直流变换器

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3448286A (en) 1963-10-31 1969-06-03 Asea Ab Balancing of harmonics at converter stations in asymmetrical working
DE2350778C2 (de) * 1973-10-10 1983-08-18 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Mehrphasige Stromrichterstation für eine HGÜ-Anlage
JPS5579676A (en) * 1978-12-13 1980-06-16 Toshiba Corp Harmonic filter for electric power
JPH0640742B2 (ja) * 1986-05-19 1994-05-25 三菱電機株式会社 コンバ−タ装置
CN101803169B (zh) * 2007-09-05 2013-01-02 Abb技术有限公司 用于高电压直流电力传输的电压源换流器
US8212408B2 (en) * 2008-12-24 2012-07-03 Alencon Acquisition Co., Llc. Collection of electric power from renewable energy sources via high voltage, direct current systems with conversion and supply to an alternating current transmission network
US8861234B2 (en) * 2009-06-15 2014-10-14 Alstom Technology Ltd Voltage source converter having chain link converter for use in high voltage DC transmission
DE102009057288B4 (de) 2009-12-01 2018-02-15 Siemens Aktiengesellschaft Umrichter für hohe Spannungen
CN103339814B (zh) * 2011-02-01 2015-11-25 西门子公司 用于消除高压直流输电线故障的方法及通过高压直流输电线和变流器传输电流的装置
WO2012130296A1 (de) 2011-03-30 2012-10-04 Siemens Aktiengesellschaft Hybridumrichter und verfahren zu seiner regelung
US9065328B2 (en) * 2011-11-16 2015-06-23 Abb Technology Ag AC/DC multicell power converter for dual terminal HVDC connection
WO2013149633A1 (en) * 2012-03-20 2013-10-10 Abb Technology Ltd A power converter
WO2013185825A1 (en) * 2012-06-14 2013-12-19 Abb Technology Ltd Multiline hvdc station with mmc and csc inputs
JP5993675B2 (ja) * 2012-09-14 2016-09-14 株式会社日立製作所 電力変換装置，電力変換システム及び電力変換装置の制御方法
WO2014056540A1 (de) 2012-10-11 2014-04-17 Siemens Aktiengesellschaft Modularen multilevel dc/dc wandler für hvdc anwendungen
PL2901537T3 (pl) * 2012-11-19 2019-07-31 Siemens Aktiengesellschaft Urządzenie transformatorowe
JP6018934B2 (ja) * 2013-01-25 2016-11-02 株式会社日立製作所 電力変換装置
WO2014131457A1 (de) * 2013-02-28 2014-09-04 Siemens Aktiengesellschaft Umrichterstation mit diodengleichrichter
CN103337972B (zh) * 2013-05-22 2014-06-18 华中科技大学 一种混合型换流器及风力发电系统
US9712070B2 (en) * 2013-06-04 2017-07-18 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Power conversion device
WO2015039708A1 (en) * 2013-09-23 2015-03-26 Abb Technology Ltd Dc/dc converter
CN103762582B (zh) * 2014-01-20 2016-04-13 华中科技大学 一种立体式直流-直流变换器
US9515565B2 (en) * 2014-03-07 2016-12-06 General Electric Company Hybrid high voltage direct current converter systems
US9484826B2 (en) * 2014-03-25 2016-11-01 Huazhong University Of Science And Technology Multiport DC-DC autotransformer and methods for controlling and using the same
KR101666712B1 (ko) * 2014-05-13 2016-10-14 엘에스산전 주식회사 모듈형 멀티레벨 컨버터
US9419539B2 (en) * 2014-08-25 2016-08-16 General Electric Company Systems and methods for enhanced operation and protection of power converters
KR20160039332A (ko) * 2014-10-01 2016-04-11 엘에스산전 주식회사 고전압 직류 송전 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200067861A (ko) * 2017-10-10 2020-06-12 존슨 컨트롤스 테크놀러지 컴퍼니 이중-공급 가변속 드라이브를 위한 시스템 및 방법
US11515825B2 (en) 2017-10-10 2022-11-29 Johnson Controls Tyco IP Holdings LLP Systems and methods for a dual-supply variable speed drive

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WO2015007302A1 (de) 2015-01-22
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KR101819399B1 (ko) 2018-01-16
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