專利名稱：可配置的混合轉(zhuǎn)換器電路的制作方法
可配置的混合轉(zhuǎn)換器電路本發(fā)明涉及針對適用于高壓直流(DC)輸電和無功功率補(bǔ)償?shù)幕旌想妷涸崔D(zhuǎn)換器的電路。在輸電網(wǎng)絡(luò)中通常將交流(AC)電力轉(zhuǎn)換為直流(DC)電力，以便經(jīng)由架空線和/或海底電纜傳輸。該轉(zhuǎn)換去除了對于補(bǔ)償傳輸線或電纜施加的AC電容性負(fù)載效應(yīng)的需要，因而降低了每千米線路和/或電纜的成本。當(dāng)要經(jīng)過長距離輸電時(shí)，從AC到DC的轉(zhuǎn)換因而變得有成本效益。在必須將工作在不同頻率的AC網(wǎng)絡(luò)相互連接的輸電網(wǎng)絡(luò)中，也利用AC電力到DC電力的轉(zhuǎn)換。 在任何這種輸電網(wǎng)絡(luò)中，在AC和DC電力的各個接口處需要轉(zhuǎn)換器以實(shí)現(xiàn)所要求的轉(zhuǎn)換，并且這種轉(zhuǎn)換器的一種形式是電壓源轉(zhuǎn)換器(VSC)。電壓源轉(zhuǎn)換器可以采用控制電流流動的基于半導(dǎo)體技術(shù)的開關(guān)。當(dāng)與提供暫時(shí)能量存儲的無源部件組合時(shí)，這些開關(guān)的迅速操作的能力允許以最小的損耗將實(shí)際上任何形式的電力轉(zhuǎn)換為不同的形式。使這種電力轉(zhuǎn)換高效并且緊湊的重點(diǎn)集中在增加工作頻率方面的發(fā)展，以使得可以減小無源部件的大小。對于涉及高電壓的電力轉(zhuǎn)換設(shè)備，不期望高頻率切換，因?yàn)楦哳l率切換對絕緣產(chǎn)生很大壓力，并且串聯(lián)半導(dǎo)體開關(guān)必須被配置為在這些開關(guān)的最差的工作參數(shù)內(nèi)工作。轉(zhuǎn)換器損耗因此變得夸大。電力轉(zhuǎn)換設(shè)備中的無源部件(諸如電容器和電感器)的大小通常很大以適應(yīng)包括限制電壓變化和調(diào)節(jié)電流流動的各種任務(wù)。另外，為了安全的目的，還可以通過圍繞轉(zhuǎn)換器設(shè)置電絕緣或保護(hù)性導(dǎo)電屏蔽來增加電力轉(zhuǎn)換方案的大小。轉(zhuǎn)換器的大小和重量還影響HVDC站的占地面積，因?yàn)榉康禺a(chǎn)的高成本,這樣的成本可能很高。已知電壓源轉(zhuǎn)換器使用具有絕緣柵雙極型晶體管(IGBT) 114的6開關(guān)(2級)和3級轉(zhuǎn)換器拓?fù)?10、112，如圖Ia和圖Ib所示。IGBT裝置114被串聯(lián)連接在一起并被切換以使得能夠?qū)崿F(xiàn)10麗到100麗的高功率等級。然而，這種傳統(tǒng)方法可能要求復(fù)雜且有源的IGBT驅(qū)動器，并且通常要求大的無源緩沖器部件來確保IGBT裝置114的串聯(lián)串兩端的高電壓在轉(zhuǎn)換器切換期間適當(dāng)?shù)毓蚕?。另夕MGBT裝置114需要在AC電源頻率的各個周期上在高電壓導(dǎo)通和截?cái)喽啻?，以控制饋到AC網(wǎng)絡(luò)的諧波電流。這些因素導(dǎo)致高損耗、高級別的電磁干擾和復(fù)雜的設(shè)計(jì)。還已知電壓源轉(zhuǎn)換器使用諸如圖2所示的多級轉(zhuǎn)換器裝置116。在這種傳統(tǒng)的多級轉(zhuǎn)換器116中，轉(zhuǎn)換器橋或者單元118串聯(lián)連接，各個單元118在不同的時(shí)間被切換。傳統(tǒng)的多級轉(zhuǎn)換器裝置116消除了與串聯(lián)連接的IGBT裝置114的直接切換相關(guān)聯(lián)的問題，因?yàn)楦鱾€單元118不同時(shí)切換并且轉(zhuǎn)換器電壓階躍相對較低。然而各個單元118要求大的DC鏈接電容器120來承載基頻和直流分量。要求6個DC側(cè)電抗器以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換器分支的并聯(lián)連接和工作，并且該6個DC側(cè)電抗器122主要用于限制這些轉(zhuǎn)換器分支之間的瞬時(shí)電流流動。這些因素導(dǎo)致具有相當(dāng)大量的存儲能量的昂貴的、大型的且沉重的設(shè)備。這使得該設(shè)備的預(yù)組裝、測試和運(yùn)輸很困難。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種針對適用于高壓直流(DC)輸電和無功功率補(bǔ)償?shù)幕旌想妷涸崔D(zhuǎn)換器的電路，該電路包括電相互連接的元件的組件，該組件包括多個第一元件和多個第二元件，所述多個第一元件和多個第二元件中的每一個被配置為被旁路、被斷開或者包括一個或者更多個電子部件的電路裝置，以在使用中構(gòu)建混合電壓源轉(zhuǎn)換器，該混合電壓源轉(zhuǎn)換器包括至少一個第一元件和至少一個第二元件，并且其中包括在所述第一元件或各個第一元件中的電路裝置與包括在所述第二元件或各個第二元件中的電路裝置不同。本發(fā)明的電路有助于生成電壓源轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)，在該電壓源轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)中，至少兩個不同的電路裝置彼此連接因而有助于生成具有各個電路裝置的不同優(yōu)點(diǎn)的混合結(jié)構(gòu)。根據(jù)所采用的實(shí)際電路裝置，這些優(yōu)點(diǎn)可以包括降低DC鏈接電容、降低DC側(cè)電抗、簡化串聯(lián)IGBT轉(zhuǎn)換器部件以及降低能量損耗。電相互連接的元件的組件有效地限定了用于構(gòu)建混合電壓源轉(zhuǎn)換器的靈活電路 結(jié)構(gòu)，允許這種電力轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)者將標(biāo)準(zhǔn)電路裝置包括在所選擇的元件中，同時(shí)將其它元件旁路或者斷開其它元件，因而容易地允許生產(chǎn)電壓源轉(zhuǎn)換器的各種不同的可能配置。本發(fā)明的電路因此提供了用于標(biāo)識針對特定電力轉(zhuǎn)換問題的最好的可能配置的有效裝置，使得電壓源轉(zhuǎn)換器的多個不同配置能夠迅速地經(jīng)受調(diào)查、比較和優(yōu)化。因此，使得能夠縮短開發(fā)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)所需要的時(shí)間。電相互連接的部件的組件所提供的靈活性使得包括所述電路的混合電壓源轉(zhuǎn)換器能夠應(yīng)付不同的AC網(wǎng)絡(luò)和DC網(wǎng)絡(luò)的要求，并且所述電路優(yōu)選地包括在使用中可連接到AC網(wǎng)絡(luò)的AC端子和在使用中可連接到DC網(wǎng)絡(luò)的DC端子。在這些實(shí)施方式中，電相互連接的元件的組件優(yōu)選地包括相互連接在所述AC端子與所述多個第一元件之間的多個第二元件中的第一組以及相互連接在所述多個第一元件與所述DC端子之間的多個第二元件中的第二組。該設(shè)置使電路的靈活性最大化，允許AC電力線和/或DC電力線中包括一個或者更多個第二元件。為了進(jìn)一步使所述電路的靈活性最大化，所述多個第二元件中的第三組優(yōu)選地相互連接在由所述多個第二元件中的第二組限定的中性點(diǎn)連接與所述DC端子之間。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述多個第一元件中的每一個可被配置為包括串聯(lián)連接的多個半導(dǎo)體開關(guān)。這種設(shè)置允許實(shí)現(xiàn)混合電壓源轉(zhuǎn)換器中的串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)的接近零電壓的與或(and or)電流切換、降低切換損耗以及簡化控制動態(tài)和穩(wěn)態(tài)電壓共享所要求的硬件。在本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，所述多個第一元件中的每一個可配置為包括多個半導(dǎo)體開關(guān)，所述多個半導(dǎo)體開關(guān)被連接以限定多級轉(zhuǎn)換器元件，以使得能夠生成多級轉(zhuǎn)換器而不影響混合電壓源轉(zhuǎn)換器的其它元件。所述多個第二元件中的每一個優(yōu)選地可配置為包括-至少一個能量存儲裝置，以提供標(biāo)稱固定電壓源；和/或-至少一個模塊，所述模塊或各個模塊包括能量存儲裝置，該能量存儲裝置與至少一對半導(dǎo)體開關(guān)連接，該至少一對半導(dǎo)體開關(guān)在使用中可控，以提供連續(xù)可變電壓源。優(yōu)選地，在至少一個第二元件可配置為包括至少一個模塊的實(shí)施方式中，所述第二元件或各個第二元件可配置為包括多個模塊，所述多個模塊被串聯(lián)連接以限定鏈?zhǔn)芥溄愚D(zhuǎn)換器元件。在這些實(shí)施方式中，用于切換的循環(huán)路徑被包含在所述模塊中，該循環(huán)路徑提供最小的自感并且使得切換操作更有效。所述模塊或者各個模塊可以包括能量存儲裝置，所述能量存儲裝置按照半橋設(shè)置與一對半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接，以限定2象限單極模塊，所述2象限單極模塊可產(chǎn)生零電壓或正電壓并且可沿兩個方向傳導(dǎo)電流。在其它實(shí)施方式中，所述模塊或者各個模塊可以包括能量存儲裝置，所述能量存儲裝置按照全橋設(shè)置與兩對半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接，以限定4象限雙極模塊，所述4象限雙極模塊可產(chǎn)生零電壓、正電壓或者負(fù)電壓并且可沿兩個方向傳導(dǎo)電流。 所述能量存儲裝置或者各個能量存儲裝置可以連接到輔助電力總線，以使得有功功率被傳送到所述能量存儲裝置或各個能量存儲裝置中或者從所述能量存儲裝置或各個能量存儲裝置傳送出來，以維持電壓平衡。在其它實(shí)施方式中，所述能量存儲裝置或各個能量存儲裝置可暫時(shí)連接到外部電壓源以使所述能量存儲裝置復(fù)位。優(yōu)選地，所述能量存儲裝置或者各個能量存儲裝置是電容器，該電容器可被充電以存儲能量并且可被插入到電路中以提供電壓階躍。在其它實(shí)施方式中，所述能量存儲裝置或者各個能量存儲裝置可以是電池、燃料電池、光伏電池或者AC發(fā)電機(jī)整流源，這些能量存儲裝置中的每一個使得功率傳送到所述能量存儲裝置中或者從所述能量存儲裝置傳送出來以維持電壓平衡。優(yōu)選地以絕緣柵雙極型晶體管、柵極關(guān)斷晶閘管或者場效應(yīng)晶體管的形式提供所述第一元件和第二元件中的任意一個中包括的半導(dǎo)體。在電壓源轉(zhuǎn)換器中使用半導(dǎo)體開關(guān)是有利的，因?yàn)檫@些裝置在大小和重量方面較小，并且具有相對低的電力耗散，使得對冷卻設(shè)備的需求最小化。因此導(dǎo)致電力轉(zhuǎn)換器成本、大小和重量方面的顯著降低。下面將參照附圖來通過非限制示例描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，附圖中圖Ia和圖Ib不出用于HVDC輸電的兩個現(xiàn)有技術(shù)電壓源轉(zhuǎn)換器的不意圖；圖2示出用于HVDC輸電的另一個現(xiàn)有技術(shù)電壓源轉(zhuǎn)換器的示意圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的電路的示意圖；圖4a示出第一元件，該第一元件被配置為包括串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)；圖4b示出第一元件，該第一元件被配置為包括被連接以形成多級轉(zhuǎn)換器元件的半導(dǎo)體開關(guān)；圖5a示出2象限單極模塊；圖5b示出4象限雙極模塊；圖6示出第二元件的示意圖，該第二元件被配置為包括串聯(lián)連接以形成鏈?zhǔn)芥溄愚D(zhuǎn)換器的多個模塊；圖7示出使用圖6的鏈?zhǔn)芥溄愚D(zhuǎn)換器合成50Hz波形；
圖8示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的第一混合電壓源轉(zhuǎn)換器；圖9示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的第二混合電壓源轉(zhuǎn)換器；

圖10示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的第三混合電壓源轉(zhuǎn)換器；圖11示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的第四混合電壓源轉(zhuǎn)換器；以及圖12示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的第五混合電壓源轉(zhuǎn)換器。圖3示出了一種針對適用于高壓直流(DC)輸電和無功功率控制的混合電壓源轉(zhuǎn)換器的電路22。電路22包括電相互連接的元件的組件，該組件包括多個第一元件(元件I到元件6)和多個第二元件(元件7到元件20)。在圖3所示的實(shí)施方式中，第一元件與第二元件相互連接以限定三個轉(zhuǎn)換器分支24,26和28，各個分支在第一連接點(diǎn)30與第二連接點(diǎn)32之間延伸。 更具體地說，元件1、2、11和16在第一轉(zhuǎn)換器分支24的第一端子30與第二端子32之間串聯(lián)連接，以使得元件11的第一端Ila連接到第一連接點(diǎn)30并且元件11的第二端Ilb連接到元件I。元件16的第一端16a連接到第二連接點(diǎn)32并且元件16的第二端16b連接到元件2。元件I與元件2在第一轉(zhuǎn)換器分支24的中點(diǎn)34處彼此連接，該中點(diǎn)34還連接到元件9的第一端9a。元件9的第二端9b連接到AC端子36a，該AC端子36a用于連接到AC網(wǎng)絡(luò)。元件3、4、12和15在第二轉(zhuǎn)換器分支26的第一端子30與第二端子32之間串聯(lián)連接，以使得元件12的第一端12a連接到第一連接點(diǎn)30并且元件12的第二端12b連接到元件3。元件15的第一端15a連接到第二連接點(diǎn)32并且元件15的第二端15b連接到元件
4。元件3與元件4在第二轉(zhuǎn)換器分支26的中點(diǎn)38處彼此連接，該中點(diǎn)38還連接到元件8的第一端8a。元件8的第二端Sb連接到AC端子36b，該AC端子36b用于連接到AC網(wǎng)絡(luò)。元件5、6、13和14在第三轉(zhuǎn)換器分支28的第一端子30與第二端子32之間串聯(lián)連接，以使得元件13的第一端13a連接到第一連接點(diǎn)30并且元件13的第二端13b連接到元件5。元件14的第一端14a連接到第二連接點(diǎn)32并且元件14的第二端14b連接到元件6。元件5與元件6在第三轉(zhuǎn)換器分支28的中點(diǎn)40處彼此連接，該中點(diǎn)40還連接到元件7的第一端7a。元件7的第二端7b連接到AC端子36c，該AC端子36c用于連接到AC網(wǎng)絡(luò)。第一轉(zhuǎn)換器分支24、第二轉(zhuǎn)換器分支26和第三轉(zhuǎn)換器分支28中的每一個的第一連接點(diǎn)30連接到元件17的第一端17a。第一轉(zhuǎn)換器分支24、第二轉(zhuǎn)換器分支26和第三轉(zhuǎn)換器分支28中的每一個的第二連接點(diǎn)32連接到元件20的元件20的第一端20a。元件17、18、19和20串聯(lián)連接以使得元件17的第二端17b連接到元件18的第二端18b，元件18的第二端18a連接到元件19的第一端19a，并且元件19的第二端19b連接到元件20的第二端20b。第一 DC端子42a連接到元件17與元件18之間的中點(diǎn)44。并且第二 DC端子42b連接到元件19與元件20之間的中點(diǎn)46。最后一個元件(元件10)連接在AC端子36d與元件18和元件19之間的中點(diǎn)48之間，元件10的第一端IOa連接到中點(diǎn)48并且元件10的第二端IOb連接到AC端子36d。電路22因此包括-第二元件的第一組(元件7到元件9)，其連接在AC端子36a_36c與第一元件的AC側(cè)(元件I到元件6)之間；
-第二元件的第二組(元件11到元件16)，其連接在第一元件的DC側(cè)(元件I到元件6)與第二元件的第三組(元件17到元件20)之間；以及-第二元件的第三組(元件17到元件20)，其連接在第二元件的第二組(元件11到元件16)的中性點(diǎn)連接30,32與DC端子42a、42b之間。在使用電路22構(gòu)建混合電壓源轉(zhuǎn)換器期間，多個第一元件和第二元件中的每一個可被配置為被旁路、被斷開或者包括一個或更多個電子部件的電路裝置。在圖3所示的實(shí)施方式中，多個第一元件中的每一個(元件I到元件6)可被配置為包括多個串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)50 (圖4a)并且可以允許實(shí)現(xiàn)混合電壓源轉(zhuǎn)換器中的半導(dǎo)體開關(guān)50的接近零電壓的與或電流切換。在其它實(shí)施方式中，多個第一元件中的每一個(元件I到元件6)可以包括多個半導(dǎo)體開關(guān)52 (圖4b)，這些半導(dǎo)體開關(guān)52被連接以限定多級轉(zhuǎn)換器元件，以允許生成多級轉(zhuǎn)換器而不影響其它元件。 在圖3所示的實(shí)施方式中，多個第二元件中的每一個(元件7到元件20)可被配置為包括固定電容器54、一個或更多個單極模塊56和/或一個或更多個雙極模塊58。參照圖5a,單極模塊56包括電容器60,該電容器60按照半橋設(shè)置與一對半導(dǎo)體開關(guān)62并聯(lián)連接，該單極模塊56可產(chǎn)生零電壓或正電壓并且可沿兩個方向傳導(dǎo)電流。參照圖5b,雙極模塊58包括電容器64,該電容器64按照全橋設(shè)置與兩對半導(dǎo)體開關(guān)66并聯(lián)連接，該雙極模塊58可產(chǎn)生零電壓、正電壓或負(fù)電壓并且可沿兩個方向傳導(dǎo)電流。設(shè)想多個第二元件中的每一個被配置為包括一個或更多個固定電容器54、或者串聯(lián)連接的單極模塊56的鏈或者串聯(lián)連接的雙極模塊58的鏈。還設(shè)想多個第二元件中的每一個可以被配置為根據(jù)電力轉(zhuǎn)換要求包括固定電容器54和/或單極模塊56和/或雙極模塊58的組合。使用串聯(lián)連接的單極模塊56或雙極模塊58的鏈允許將鏈?zhǔn)芥溄愚D(zhuǎn)換器68 (圖6)并入混合電壓源轉(zhuǎn)換器，鏈?zhǔn)芥溄愚D(zhuǎn)換器68包括一系列模塊Mp M2、M3. . . Mn,各個模塊包括充電電容器70，可使用一對或更多對半導(dǎo)體開關(guān)72沿正向方向或反向方向使該充電電容器70旁路或串聯(lián)連接該充電電容器70，以產(chǎn)生連續(xù)可變電壓源。用于半導(dǎo)體切換的循環(huán)路徑被包含在各個模塊MpM2、M3. . . Mn中，導(dǎo)致最小的自感并且使得切換操作更高效。圖7例示了包括多個雙極模塊的鏈?zhǔn)芥溄愚D(zhuǎn)換器的使用，其中通過交錯進(jìn)行各個模塊的切換來合成50Hz的功率波形。盡管發(fā)生多個切換操作，但是它們被包含在各個模塊中并且開關(guān)操作的數(shù)量可以與電源電壓的頻率一樣低。期望在構(gòu)建混合電壓源轉(zhuǎn)換器期間配置一個或更多個第二元件以包括鏈?zhǔn)芥溄愚D(zhuǎn)換器，因?yàn)樵谑褂没旌想妷涸崔D(zhuǎn)換器期間的DC側(cè)故障的情況下，鏈?zhǔn)芥溄愚D(zhuǎn)換器可以用來生成電壓階躍以抵抗來自轉(zhuǎn)換器的AC側(cè)的任何驅(qū)動電壓從而消除任何故障電流。優(yōu)選地，半導(dǎo)體開關(guān)50、52、62、66由絕緣柵雙極型晶體管、柵極關(guān)斷晶閘管、場效應(yīng)晶體管或任何類似的自換相半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)建。在構(gòu)建混合電壓源轉(zhuǎn)換器期間可配置電路22的第一元件和第二元件以使得至少一個第一元件(元件I到元件6)連接到至少一個第二元件(元件7到元件20),并且包括在這樣連接的第一元件和第二元件中的電路裝置不同。圖8示出使用圖3所示的電路22構(gòu)建的第一混合電壓源轉(zhuǎn)換器74。混合電壓源轉(zhuǎn)換器74包括三個AC端子36a_36c和一對DC端子42a、42b。電路22中包括的多個第一元件中的每一個(元件I到元件6)被配置為包括串聯(lián)連接的多個半導(dǎo)體開關(guān)50。在電路22包括的第二元件當(dāng)中，元件11到元件16中的每一個被配置為包括串聯(lián)連接的多個雙極模塊58以形成鏈?zhǔn)芥溄愚D(zhuǎn)換器68，并且元件18和元件19中的每一個被配置為包括固定電容器54。電路22中包括的其它第二元件(元件7到元件10、元件17以及元件20)被配置為被芳路。
圖9示出使用圖3所示的電路22構(gòu)建的第二混合電壓源轉(zhuǎn)換器76。混合電壓源轉(zhuǎn)換器76包括三個AC端子36a_36c和一對DC端子42a、42b。電路22中包括的第一元件中的每一個(元件I到元件6)被配置為包括串聯(lián)連接的多個半導(dǎo)體開關(guān)50。在電路22包括的第二元件當(dāng)中，元件7到元件9中的每一個被配置為包括串聯(lián)連接的多個雙極模塊58以形成鏈?zhǔn)芥溄愚D(zhuǎn)換器68，并且元件18和元件19中的每一個被配置為包括固定電容器54。電路22中包括的其它第二元件(元件10到元件17以及元件20)被配置為被旁路。圖10示出使用圖3所示的電路22構(gòu)建的第三混合電壓源轉(zhuǎn)換器78。混合電壓源轉(zhuǎn)換器78包括三個AC端子36a、36b、36d和一對DC端子42a、42b。電路22中包括的第一元件中的元件I到元件4中的每一個被配置為包括串聯(lián)連接的多個半導(dǎo)體開關(guān)50。電路22中包括的其它第一元件(元件5和元件6)被配置為被斷開。在電路22包括的第二元件當(dāng)中，元件11、12、14和15中的每一個被配置為包括串聯(lián)連接的多個雙極模塊58以形成鏈?zhǔn)芥溄与娙萜?8，并且元件18和元件19中的每一個被配置為包括固定電容器54。在電路22包括的其它第二元件當(dāng)中，元件10、17和20被配置為被旁路，并且元件13和16被配置為被斷開。盡管電壓源轉(zhuǎn)換器78包括三個AC端子36a、36b、36d，但是該電壓源轉(zhuǎn)換器78僅包括兩個有源轉(zhuǎn)換器分支24、26，該兩個有源轉(zhuǎn)換器分支24、26可以經(jīng)由這些AC端子中的兩個AC端子36a、36b連接到AC網(wǎng)絡(luò)的兩個相位。AC網(wǎng)絡(luò)的第三相位經(jīng)由另一個AC端子36d直接連接到元件18與元件19之間的DC側(cè)中性點(diǎn)連接46。在最前面兩個有源分支24、26中生成電壓波形導(dǎo)致在DC側(cè)中性點(diǎn)連接48處生成類似的電壓波形。結(jié)果，電壓源轉(zhuǎn)換器78僅要求使用兩個轉(zhuǎn)換器分支24、26來提供DC網(wǎng)絡(luò)與三相AC網(wǎng)絡(luò)之間的電力轉(zhuǎn)換。圖11示出使用圖3所示的電路22構(gòu)建的第四混合電壓源轉(zhuǎn)換器80?；旌想妷涸崔D(zhuǎn)換器80包括兩個AC端子36a、36b和一對DC端子42a、42b。
電路22中包括的第一元件中的元件I到元件4中的每一個被配置為包括串聯(lián)連接的多個半導(dǎo)體開關(guān)50。電路22中包括的其它第一元件(元件5和元件6)被配置為被斷開。在電路22中包括的第二元件當(dāng)中，元件18和元件19中的每一個被配置為包括單極模塊56,兀件18包括兩個單極模塊56并且兀件19包括一個單極模塊56。在電路22包括的其它第二元件當(dāng)中，元件8、9、11、12、15、16、17和20被配置為被旁路，并且元件7、10、13和14被配置為被斷開。電壓源轉(zhuǎn)換器80適用于將單相AC網(wǎng)絡(luò)與DC網(wǎng)絡(luò)相互連接。這表示電路22足夠靈活以提供電壓源轉(zhuǎn)換器的不同配置，以便連接到三相AC網(wǎng)絡(luò)或單相AC網(wǎng)絡(luò)。在其它實(shí)施方式中，設(shè)想可以改變元件18和19中的固定電容器54和/或單極模塊56和/或雙極模塊58的設(shè)置而不影響電壓源轉(zhuǎn)換器的功能。例如，在圖11所示的電壓 源轉(zhuǎn)換器80的變型中，元件19中可以包括兩個單極模塊56并且元件18中可以包括一個單極模塊56。還設(shè)想在其它變型中，全部單極模塊56可以被包括在元件18和19中的一個元件中并且元件18和19中的另一個元件被旁路。在其它實(shí)施方式中，元件18與元件19之間需要DC中(中性)點(diǎn)，元件18和元件19中的每一個兀件中可以包括相同數(shù)量的固定電容器54和/或單極模塊56和/或雙極模塊58，以使得元件18和元件19包含電子部件的相同的和平衡的設(shè)置。圖8到圖11所示的電壓源轉(zhuǎn)換器74、76、78、80中的每一個可以是在使用中可控的，以在AC網(wǎng)絡(luò)與DC網(wǎng)絡(luò)之間的電力轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生期望的結(jié)果。例如，半導(dǎo)體開關(guān)可以是可控的，以在低頻率處切換，從而給出低損耗的轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)。另外，可以有意地生成諧波分量以控制轉(zhuǎn)換器的AC側(cè)和DC側(cè)這兩者上的諧波電壓和電流。可以通過修改第一元件和第二元件中的每一個被配置為包括的電部件來生成電壓源轉(zhuǎn)換器的其它配置。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)在電流的方向不能被切換時(shí)將單極模塊56或固定電容器54用在轉(zhuǎn)換器的DC側(cè)時(shí)，凈有功功率可被傳送到電容器中或者從這些電容器傳送出來。有功功率的傳送造成單極模塊的電容器60和固定電容器54的連續(xù)充電或放電，導(dǎo)致不可持續(xù)的轉(zhuǎn)換器操作。為了減輕這種效應(yīng)，可以設(shè)置輔助電力總線，圖12示出了包括輔助電力總線84的電壓源轉(zhuǎn)換器82。除了元件11到元件16中的每一個被配置為包括串聯(lián)連接的多個單極模塊56而不是雙極模塊58以形成鏈?zhǔn)芥溄愚D(zhuǎn)換器68以外，電壓源轉(zhuǎn)換器82與圖8所示的電壓源轉(zhuǎn)換器74大致相同。各個單極模塊56的電容器60經(jīng)由DC到AC逆變器90連接到變壓器裝置88的第一線圈86。變壓器裝置88的第二線圈92連接到輔助電力總線84。輔助電力總線84到各個電容器60的電連接允許在電容器60與輔助電力總線84之間傳送有功功率以維持電容器60中的電壓平衡。減輕傳送凈有功功率的效應(yīng)的另一個選擇是在使用中通過暫時(shí)連接到電壓源來將任何固定電容器54或者單極模塊56的電容器60復(fù)位。例如，當(dāng)電壓源轉(zhuǎn)換器連接在AC網(wǎng)絡(luò)與DC網(wǎng)絡(luò)之間時(shí)，這些電容器可以暫時(shí)連接到DC網(wǎng)絡(luò)，以便恢復(fù)這些電容器中的電壓平衡并防止長期電壓漂移。
減輕傳送凈有功功率的效應(yīng)的另一個選擇是使用諸如電池、燃料電池、光伏電池或AC發(fā)電機(jī)整流單元的有功功率源，而不是電容器。
權(quán)利要求
1.一種針對適用于高壓直流輸電和無功功率補(bǔ)償?shù)幕旌想妷涸崔D(zhuǎn)換器的電路，該電路包括電相互連接的元件的組件，該組件包括多個第一元件和多個第二元件，所述第一元件和所述第二元件中的每一個被配置為被旁路、被斷開或者包括一個或更多個電子部件的電路裝置，以在使用中構(gòu)建混合電壓源轉(zhuǎn)換器，該混合電壓源轉(zhuǎn)換器包括至少一個第一元件和至少一個第二元件，并且其中包括在所述第一元件或各個第一元件中的電路裝置與包括在所述第二元件或各個第二元件中的電路裝置不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，該電路還包括在使用中能夠連接到AC網(wǎng)絡(luò)的AC端子以及在使用中能夠連接到DC網(wǎng)絡(luò)的DC端子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中，所述多個第二元件的第一組被連接在所述AC端子與所述多個第一元件之間，并且所述多個第二元件的第二組被相互連接在所述多個第一元件與所述DC端子之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中，所述多個第二元件的第三組被連接在由所述多個第二元件的所述第二組限定的中性點(diǎn)連接與所述DC端子之間。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的電路，其中，所述多個第一元件中的每一個被配置為包括串聯(lián)連接的多個半導(dǎo)體開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I到4中的任意一項(xiàng)所述的電路，其中，所述多個第一元件中的每一個被配置為包括多個半導(dǎo)體開關(guān)，該多個半導(dǎo)體開關(guān)被連接以限定多級轉(zhuǎn)換器元件。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的電路，其中，所述多個第二元件中的至少一個被配置為包括至少一個能量存儲裝置。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的電路，其中，所述多個第二元件中的至少一個被配置為包括至少一個模塊，所述模塊或各個模塊包括能量存儲裝置，該能量存儲裝置與至少一對半導(dǎo)體開關(guān)連接，該至少一對半導(dǎo)體開關(guān)在使用中可控，以提供連續(xù)可變電壓源。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中，所述多個第二元件中的至少一個被配置為包括多個模塊，該多個模塊被串聯(lián)連接以限定鏈?zhǔn)芥溄愚D(zhuǎn)換器元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的電路，其中，所述模塊或各個模塊包括能量存儲裝置，該能量存儲裝置按照半橋設(shè)置與一對半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接，以限定2象限單極模塊，該2象限單極模塊能夠產(chǎn)生零電壓或正電壓并且能夠沿兩個方向傳導(dǎo)電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的電路，其中，所述模塊或各個模塊包括能量存儲裝置，該能量存儲裝置按照全橋設(shè)置與兩對半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接，以限定4象限雙極模塊，該4象限雙極模塊能夠產(chǎn)生零電壓、正電壓或負(fù)電壓并且能夠沿兩個方向傳導(dǎo)電流。
12.根據(jù)權(quán)利要求7到8中的任意一項(xiàng)所述的電路，其中，所述能量存儲裝置或各個能量存儲裝置被連接到輔助電力總線。
13.根據(jù)權(quán)利要求7到8中的任意一項(xiàng)所述的電路，其中，所述能量存儲裝置或各個能量存儲裝置在使用中能夠暫時(shí)連接到外部電壓源以使所述能量存儲裝置復(fù)位。
14.根據(jù)權(quán)利要求7到13中的任意一項(xiàng)所述的電路，其中，所述能量存儲裝置或各個能量存儲裝置是電容器。
15.根據(jù)權(quán)利要求7到13中的任意一項(xiàng)所述的電路，其中，所述能量存儲裝置或各個能量存儲裝置是電池、燃料電池、光伏電池或AC發(fā)電機(jī)整流源。
16.根據(jù)權(quán)利要求5、6、8-10中的任意一項(xiàng)以及從屬于上述權(quán)利要求的任意權(quán)利要求所述的電路，其中，各個半導(dǎo)體開關(guān)是絕緣柵雙極型晶體管、柵極關(guān)斷晶閘管或場效應(yīng)晶體管。
17.一種混合電壓源轉(zhuǎn)換器，該混合電壓源轉(zhuǎn)換器包括根據(jù)以上權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的電路。
全文摘要
一種針對適用于高壓直流(DC)輸電和無功功率補(bǔ)償?shù)幕旌想妷涸崔D(zhuǎn)換器的電路(22)。該電路(22)包括電相互連接的元件(元件1到元件20)的組件，該組件包括多個第一元件(元件1到元件6)和多個第二元件(元件7到元件20)。所述第一元件和所述第二元件中的每一個可被配置為被旁路、被斷開或者包括一個或更多個電子部件的電路裝置，以在使用中構(gòu)建混合電壓源轉(zhuǎn)換器，該混合電壓源轉(zhuǎn)換器包括至少一個第一元件和至少一個第二元件，并且其中包括在所述第一元件或各個第一元件中的電路裝置與包括在所述第二元件或各個第二元件中的電路裝置不同。
文檔編號H02J3/18GK102859861SQ200980160700
公開日2013年1月2日 申請日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者W·克魯克斯, D·特拉內(nèi)爾, C·D·M·奧特斯, C·C·戴維森 申請人:阿爾斯通電網(wǎng)英國有限公司