[发明专利]变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电压源型变换器。

背景技术

在电力传输网络中，交流(AC)电通常被变换为直流(DC)电，用于经由架空线和/或海底电缆进行传输。这种变换免除了对由传输线或电缆造成的AC电容性载荷效应进行补偿的需要，并且从而降低电线和/或电缆的每公里成本。当需要长距离传输电力时，从AC到DC的变换因而变得有成本效益。

AC电力到DC电力的变换还用于需要互连在不同频率中运行的AC电网的电力传输网络。

在任何这种电力传输网络中，在AC电力与DC电力之间的每个交接处需要变换器来实现所需的变换，并且一种此类形式的变换器是电压源型变换器(VSC)。

已知在电压源型变换器中使用带有绝缘栅双极型晶体管(IGBT)14的六开关(两电平)变换器拓扑结构10和三电平变换器拓扑结构12，如图1a和图1b所示。IGBT器件14串联连接在一起并一同切换以实现10MW至100MW的高额定功率。另外，在AC电源频率的每个周期中，IGBT器件14在高电压下导通和关断若干次以控制被馈送到AC电网的谐波电流。这导致高损耗、高电平的电磁干扰和复杂的设计。

US 5,047,913公开了一种用于控制电力变换器和相关联辅助整流电路的方法。这种电力变换器包括每相具有至少两个主开关器件的逆变器。在每个主开关器件两端连接有反并联二极管和相对大的阻尼电容器。辅助谐振整流电路包括与谐振电路串联耦合的两个反并联耦合辅助开关器件，所述谐振电路包括电感器和阻尼电容器。控制主和辅助开关器件的选通时间和导通时间，以增加升压能量至谐振操作，从而确保在每个谐振整流周期上逆变器输出电压至少达到正和负的逆变器干线电压。

WO 2011/098117 A1公开了一种电压源型变换器，其包括：限定星形连接的三相元件，在星形连接中每个相位元件的第一端被连接至共同接合点；至少两个变换器臂，每个变换器臂包括第一DC端子和第二DC端子，用于在使用中连接至DC网络和与相位元件的第二端串联连接的AC端子，每个变换器臂限定第一臂部和第二臂部，包括链环式变换器，每个链环式变换器包括链环式模块；以及第三DC端子，被连接至星形连接的共用接合点以限定辅助连接，其中在使用中，电流被注入所述辅助连接以修改每个臂部中每个链环式模块的电压。

发明内容

根据本发明的第一方案，提供一种电压源型变换器，包括：

变换器臂，在第一DC端子和第二DC端子之间延伸且具有由AC端子分隔开的第一臂部和第二臂部，所述第一DC端子和第二DC端子可连接至DC电网并且所述AC端子可连接至AC电网，每个臂部包括主开关元件，每个臂部的所述主开关元件可被切换为将对应臂部切换进和切换出对应DC端子与所述AC端子之间的电路，以控制所述AC端子处AC电压的形态；

辅助臂，包括辅助变换器，所述辅助变换器包括至少一个辅助开关元件，所述辅助臂连接至所述AC端子，每个臂部的主开关元件可被切换为将所述辅助臂切换进和切换出带有对应臂部的电路并且从而将所述辅助臂切换进和切换出带有对应DC端子的电路；以及

控制单元，选择性地控制所述辅助变换器的所述或每个辅助开关元件的切换，以在初级运行模式中将所述辅助臂控制为电流源，以在所述第一臂部和所述第二臂部的一个中注入在一个方向上流动的环电流，以使得该臂部中在相反方向上流动的臂部电流最小化，

其中在从所述第一臂部和第二臂部的所述一个到所述第一臂部和第二臂部的另一个的电流换向过程中，当最小电流或零电流通过对应主开关元件时，在通过环电流使得臂部电流最小化之后，所述主开关元件被配置为将第一臂部和第二臂部中的所述一个切换出对应DC端子与所述AC端子之间的电路，并且将第一臂部和第二臂部中的所述另一个切换进所述对应DC端子与所述AC端子之间的电路。

在电压源型变换器在AC电网与DC电网之间转移电力的运行中，切换臂部的主开关元件以在占空比上交替地将臂部切换进AC端子与对应DC端子之间的电路。这意味着在占空比上电压源中的电流在臂部之间交替流动。于是，当臂部中的一个被切换进AC端子与对应DC端子之间的电路并且从而在AC端子与对应DC端子之间传导臂部电流时，臂部中的另一个被切换出AC端子与对应DC端子之间的电路并且从而在AC端子与对应DC端子之间不传导任何臂部电流。