[发明专利]转换器

说明书

技术领域

本发明是涉及转换器(converter)，并且具体涉及电流源转换器(CSC)，所述电流源转换器尤其用于要求最大功率转换效率和可用性的高压直流(HVDC)点到点式传输链路和HVDC多端子式电网。

背景技术

线路换向转换器(LCC，或称为“电网换相换流器”；line commutated dconverter)属于电流源转换器(CSC)类型并且可用于高压交流(HVAC)电力网络或者电网间的高压直流(HVDC)传输链路。LCC在整流(功率传送)和逆变(功率接收)端子中采用了自然换向晶闸管桥(commutated thyristor bridges)。通过此类HVDC传输链路的功率流可以是可逆的，同时HVDC传输电流是单极的。HVDC传输链路电压同样必须是可逆的，并且这可使用所熟知的相控原理实现。对可逆HVDC传输链路电压的要求在HVDC电缆绝缘选择上施加严格限制，并且这使得接近理想的弹性体电缆绝缘系统的使用成为不可能。对可逆HVDC传输链路电压的要求也在潜在采用多端子式HVDC电网网络方面施加严格限制，当采用单极HVDC传输链路电压时，所述多端子式HVDC电网网络仅仅在允许所有端子处的可逆功率流的情况下完全有效。

自然换向晶闸管桥是用于AC至DC以及DC至AC功率转换的最有效率且最可靠的手段，但此优点因对校正使用相控原理造成的HVAC电网端子功率因数和谐波畸变的要求而在很大程度上受到抵制。相控用于调节通过HVDC传输链路的功率流，同时相应HVAC电网电压变化，并且以往，已经使用非常大的切换无源滤波器和功率因数校正网络来对使用相控造成的HVAC电网端子功率因数和谐波畸变进行补偿。最近，已经采用静态补偿器来简化并且减少对切换补偿系统的需要。对补偿谐波畸变和功率因数的要求随着相应HVAC电网电压范围和关联的相控范围增大而加剧。在严重HVAC电网电压骤降过程中，无法实现安全逆变LCC通信，这是因为所要求的相控范围与晶闸管换向(commutation)要求不一致，并且出于同一原因，逆变LCC无法使得已断电(de-energised)的HVAC电网系统通电(energise)。尽管存在上述缺点，LCC功率传输效率仍使得LCC通常是高功率的点到点式HVDC传输链路的优选解决方案。

标准编号PD IEC/TR62544-2011(高压直流(HVDC)系统-有源滤波器的应用)预期：使用串并联模式并混合的DC侧有源滤波器的DC侧谐波抑制(mitigation)；使用并串联模式并混合的AC侧有源滤波器的AC侧谐波抑制；以及混合有源滤波器系统的并串联模式部件之间的DC链路耦合。这些有源系统采用强制换向电力电子电路，其对本质简单且稳健的LCC拓扑增添了复杂性。

采用强制换向晶闸管的CSC已被提出作为用于抑制LCC的部分上述缺陷的手段，但是所提出的电路除了本质简单且稳健的LCC拓扑外还包括了大而复杂的辅助换向电路。

最近，电压源转换器(VSC)已越来越多地用在具有适度高的功率额定值的HVDC传输链路系统中。VSC通过允许HVDC传输链路电流逆向来实现可逆功率流，从而允许使用单极HVDC传输链路电压和具有接近理想的弹性体绝缘系统的电缆。VSC还解决了LCC的HVAC电网谐波和功率因数限制。另外，在对有功和无功功率的接近独立的控制中，VSC已经能有助于HVAC电网频率和电压稳定性。所有转换器都受到折衷。尽管VSC克服了LCC的已知限制性，但其引发功率损耗增加或效率降低的不利情况。在多数实际应用中，VSC尚未能够限制HVDC传输链路短路(或低电阻)故障电流。因此，在VSC方面的近期发展活动涉及尝试克服这些不利情况。

VSC技术已经在以下四个演化阶段中得到发展：

·带有串联连接IGBT的两电平脉宽调制(PWM)VSC首先解决LCC的限制性，但是效率下降严重并且DC故障电流不能被限制。已使用大型高性能的无源滤波器来最小化PWM臂电压的影响。HVDC传输链路短路故障电流包括来自DC链路电容器的大量突波(inrush)分量。

·带有串联连接IGBT的三电平PWM VSC改进效率、无源滤波器规格和VSC益处之间的平衡。HVDC传输链路短路故障电流包括来自DC链路电容器的经减少但仍大量的突波分量。