專利名稱：混合hvdc轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用在高壓直流電力傳輸以及無功功率補償中的功率電子轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
在電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中，交流(AC)電典型地被轉(zhuǎn)換為直流(DC)電以便通過架空線路和/或海底電纜進(jìn)行傳輸。該轉(zhuǎn)換消除了補償由所述傳輸線路或電纜施加的AC電容性負(fù)載效應(yīng)的需要，從而降低了每千米所述線路和/或電纜的成本。因此，當(dāng)需要長距離輸電時，AC/DC轉(zhuǎn)換將帶來較高的性價比。AC/DC電力轉(zhuǎn)換還用在需要將在不同頻率下工作的AC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中。在任何這樣的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中，在AC電和DC電之間的各個接口處都需要有轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)所需要的轉(zhuǎn)換，兩種這樣形式的轉(zhuǎn)換器為線換向轉(zhuǎn)換器(line commutatedconverter, LCC)和電壓源轉(zhuǎn)換器(voltage source converter, VSC)。一種形式的已知轉(zhuǎn)換器是基于在十二脈沖的線換向轉(zhuǎn)換器(LCC)結(jié)構(gòu)中設(shè)置大的晶閘管以實現(xiàn)AC電和DC電之間的轉(zhuǎn)換。這些轉(zhuǎn)換器能連續(xù)操作于3000至4000安培下并適合用作能處理幾十億瓦特的電功率的電廠設(shè)備。基于這些常規(guī)轉(zhuǎn)換器的發(fā)電廠從與之連接的AC網(wǎng)絡(luò)吸收大量無功功率(reactive power)。此外，LCC結(jié)構(gòu)的十二脈沖特性導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器電流具有高階(highlevels)諧波失真。因此這兩種因素都意味著常規(guī)的發(fā)電廠要求使用大的無源電感器和電容器來提供所需要的無功功率并濾除諧波電流。這導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器硬件的尺寸、重量和成本增加。此外，由相關(guān)聯(lián)的變壓器和AC網(wǎng)絡(luò)的阻抗產(chǎn)生的固有調(diào)節(jié)效應(yīng)導(dǎo)致DC側(cè)電壓降低且電流增加。隨著功率流動增加，這在DC電壓對DC電流特性中呈現(xiàn)為固有負(fù)斜率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種功率電子轉(zhuǎn)換器，用在高壓直流電力傳輸以及無功功率補償中，包括至少一個轉(zhuǎn)換器分支，所述轉(zhuǎn)換器分支包括用于在使用時連接到DC網(wǎng)絡(luò)的第一 DC端子和第二 DC端子，該或各轉(zhuǎn)換器分支包括連接在所述第一 DC端子和所述第二 DC端子之間的至少一個第一轉(zhuǎn)換器塊和至少一個第二轉(zhuǎn)換器塊；該或各第一轉(zhuǎn)換器塊包括多個線換向的晶閘管和用于在使用時連接到AC網(wǎng)絡(luò)的至少一個第一 AC端子，該或各第二轉(zhuǎn)換器塊包括至少一個包括多個自換向開關(guān)元件的輔助轉(zhuǎn)換器；其中所述自換向開關(guān)元件在使用時可控制為注入一電壓以更改呈給所述轉(zhuǎn)換器分支的DC側(cè)的DC電壓和/或更改在所述轉(zhuǎn)換器的AC側(cè)上的AC電壓和AC電流。提供第一轉(zhuǎn)換器塊和第二轉(zhuǎn)換器塊得到混合功率電子轉(zhuǎn)換器，該混合功率電子轉(zhuǎn)換器合并了用于在AC功率和DC功率之間的轉(zhuǎn)換的線換向晶閘管，以及在提供無功功率和控制諧波電流方面提供改善的性能的自換向開關(guān)元件。該性能改善源于自換向開關(guān)元件(例如絕緣柵極雙極晶體管)的固有接通和關(guān)斷能力以及快速切換特征。這使得轉(zhuǎn)換器的尺寸、重量和成本降低，因為不再需要使用大的諧波濾波器以及電容器來補償諧波電流和被線換向轉(zhuǎn)換器汲取的無功功率。該或各輔助轉(zhuǎn)換器可操作為向功率電子轉(zhuǎn)換器的AC側(cè)和/或DC側(cè)中注入受控電壓波形。注入的電壓波形可用于更改AC和/或DC側(cè)電壓和電流的形狀，以控制有功功率和無功功率的流動，從而改善功率電子轉(zhuǎn)換器的性能。例如，該電壓波形可被注入以最小化在基于線換向晶閘管的功率轉(zhuǎn)換過程中通常與增大的電流和功率流動相關(guān)聯(lián)的DC側(cè)電壓偏低。 在本發(fā)明的實施例中，該或各輔助轉(zhuǎn)換器可以是串接轉(zhuǎn)換器，該或各串接轉(zhuǎn)換器包括串聯(lián)連接的一串模塊，各模塊包括與儲能器件并聯(lián)連接的至少一對自換向開關(guān)元件，所述自換向開關(guān)元件在使用時可控制為使得該串或各串串聯(lián)連接的模塊提供連續(xù)可變的電壓源。在這些實施例中，該或各串接轉(zhuǎn)換器中的該或各模塊可以包括兩對開關(guān)元件，所述兩對開關(guān)元件與相應(yīng)的儲能器件并聯(lián)連接成全橋設(shè)置，以限定能提供正電壓或負(fù)電壓并能雙向傳導(dǎo)電流的4象限雙極模塊。所述串接轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)允許通過向所述串接轉(zhuǎn)換器中插入多個各自提供一電壓的模塊來累積高于由單個模塊提供的電壓的組合電壓。通過改變所述組合電壓的值，所述串接轉(zhuǎn)換器可操作為產(chǎn)生幅度和相角可變的波形。此外，所述串接轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)還允許將自換向開關(guān)元件與典型地具有高得多的額定電壓的線換向晶閘管組合起來使用。自換向開關(guān)元件例如IGBT典型地具有較低的額定電壓，這意味著基于這樣的自換向開關(guān)元件的常規(guī)電壓源轉(zhuǎn)換器傾向于具有比常規(guī)的十二脈沖的線換向晶閘管轉(zhuǎn)換器更低的設(shè)備額定值。然而所述串接轉(zhuǎn)換器累積組合電壓的能力意味著各模塊中的自換向開關(guān)元件可以與超過各自換向開關(guān)元件的單個額定電壓的電壓電平關(guān)聯(lián)起來，并從而可與線換向晶閘管組合起來用在混合功率電子轉(zhuǎn)換器中。4象限雙極模塊提供正電壓或負(fù)電壓的能力意味著可以從提供正電壓或負(fù)電壓的模塊的組合來累積該或各串接轉(zhuǎn)換器兩端的電壓。從而可通過控制模塊在正電壓或負(fù)電壓之間交替來將各個儲能器件中的能量級別保持在最佳級別處。4象限雙極模塊的結(jié)構(gòu)還允許在存在反轉(zhuǎn)DC側(cè)電壓的情況下操作以便在保持電流僅單向流動的情況下實現(xiàn)功率的反向流動。在采用使用4象限雙極模塊的實施例中，該對或各對開關(guān)元件可以包括串聯(lián)連接的兩個自換向開關(guān)元件，或者包括串聯(lián)連接的一個自換向開關(guān)元件和一個二極管。4象限雙極模塊的結(jié)構(gòu)具有根據(jù)轉(zhuǎn)換器要求選擇開關(guān)元件的靈活性。當(dāng)僅要求輔助轉(zhuǎn)換器以單向電流提供正電壓或負(fù)電壓時，可以通過用二極管替代各對中的一個自換相的開關(guān)元件來簡化雙極模塊的設(shè)計。優(yōu)選地，該或各儲能器件包括電容器、燃料電池、電池或帶有相關(guān)聯(lián)的整流器的輔助AC發(fā)電機。這種靈活性對于位于不同位置(其中設(shè)備的可用性可能由于地區(qū)和運輸難度而有所變化)的轉(zhuǎn)換器站的設(shè)計有用。例如，近海風(fēng)電廠上的各模塊的儲能器件可以以連接到風(fēng)輪機的輔助AC發(fā)電機的形式提供。
優(yōu)選地，該或各模塊的各開關(guān)元件包括半導(dǎo)體器件。這種半導(dǎo)體器件可采用如下形式絕緣柵極雙極晶體管、柵極關(guān)斷晶閘管、場效應(yīng)晶體管、絕緣柵極換向晶閘管或集成柵極換向晶閘管。使用半導(dǎo)體器件的有利之處在于這樣的器件的尺寸和重量較小并具有相對較低的功率耗散，這最小化了對冷卻設(shè)備的需要。從而使得功率轉(zhuǎn)換器成本、尺寸和重量顯著降低。這種半導(dǎo)體器件的快速切換能力允許該或各串接轉(zhuǎn)換器合成復(fù)雜波形以注入到功率電子轉(zhuǎn)換器的AC側(cè)和/或DC側(cè)中。這種復(fù)雜波形的注入可用于例如最小化通常與基于線換向晶閘管的功率電子轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)的諧波失真的等級。此外，這種半導(dǎo)體器件的納入允許串接轉(zhuǎn)換器快速響應(yīng)AC和DC側(cè)故障的發(fā)展，從而改善功率電子轉(zhuǎn)換器的故障保護(hù)。在本發(fā)明實施例中，該或各輔助轉(zhuǎn)換器可操作為產(chǎn)生一電壓，以抵消線換向晶閘管兩端上的電壓，從而最小化相應(yīng)的線換向晶閘管兩端上的電壓。該特征的有利之處在于它允許線換向晶閘管在近零電壓處切換，從而最小化切換損耗以及電磁干擾。由于使用近零電壓切換還降低了電壓共享誤差(sharing error)以及線換向晶閘管所感知的電壓改變率，因而能簡化轉(zhuǎn)換器硬件和相關(guān)的緩沖器部件的設(shè)計。在其它實施例中，該或各輔助轉(zhuǎn)換器可操作為產(chǎn)生一電壓，以對抗所述AC網(wǎng)絡(luò)或DC網(wǎng)絡(luò)中在使用時由故障產(chǎn)生的電流的流動。所述輔助轉(zhuǎn)換器可用于注入電壓以提供消除故障電流所要求的對抗電壓并從而防止對所述功率電子轉(zhuǎn)換器部件造成損壞。使用功率電子轉(zhuǎn)換器部件來實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換以及消除故障電流簡化或消除了對于分立的保護(hù)電路裝備(例如電路斷路器和電路隔離器)的需要。這節(jié)約了硬件尺寸、重量和成本。在另外的實施例中，該或各第一轉(zhuǎn)換器塊可以包括一個或更多個線換向晶閘管組，所述一個或更多個線換向晶閘管組彼此并聯(lián)連接，每個線換向晶閘管組中的線換向晶閘管彼此串聯(lián)連接。在這些實施例中，該或各并聯(lián)連接的線換向晶閘管組中串聯(lián)連接的線換向晶閘管之間的中點限定用于在使用時連接到AC網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)相的第一 AC端子。這樣的線換向晶閘管的設(shè)置可用于實施整流和逆流過程，以便在AC網(wǎng)絡(luò)和DC網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)移電力。在本發(fā)明的實施例中，至少一個第一轉(zhuǎn)換器塊可以與第二轉(zhuǎn)換器塊并聯(lián)連接，所述并聯(lián)連接的第一轉(zhuǎn)換器塊和第二轉(zhuǎn)換器塊形成單相轉(zhuǎn)換器元件。在這些實施例中，三個單相轉(zhuǎn)換器元件可以串聯(lián)連接，或者在所述電路的DC側(cè)上并聯(lián)連接，以限定用于三相電力傳輸?shù)亩薉C網(wǎng)絡(luò)。第一轉(zhuǎn)換器塊和第二轉(zhuǎn)換器塊的并聯(lián)連接得到能雙向傳導(dǎo)電流的靈活的功率電子轉(zhuǎn)換器。在其它實施例中，所述第一轉(zhuǎn)換器塊可進(jìn)一步包括至少一個二極管。在以下各實施例中，所述第一轉(zhuǎn)換器塊的線換向晶閘管可用二極管代替。用二極管代替線換向晶閘管將得到具有不對稱的功率轉(zhuǎn)移特性功率電子轉(zhuǎn)換器，其中AC和DC網(wǎng)絡(luò)之間有有限的反向功率流動。這樣的功率電子轉(zhuǎn)換器適用于嚴(yán)重偏向自AC網(wǎng)絡(luò)向DC網(wǎng)絡(luò)輸出功率并僅要求最小功率輸入的應(yīng)用(例如風(fēng)電廠)。因此，可省略轉(zhuǎn)換器部件(在其它情況下，則需要這些轉(zhuǎn)換器部件來便于從DC網(wǎng)絡(luò)向AC網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移功率)，從而節(jié)約尺寸、重量和成本。在本發(fā)明實施例中，第一轉(zhuǎn)換器塊可以在所述電路的DC側(cè)上與第二轉(zhuǎn)換器塊串聯(lián)連接，以限定用于多相電力傳輸?shù)亩薉C網(wǎng)，所述第一轉(zhuǎn)換器塊包括多個線換向晶閘管組，所述多個線換向晶閘管組彼此并聯(lián)連接，每個線換向晶閘管組中的線換向晶閘管彼此串聯(lián)連接，各并聯(lián)連接的線換向晶閘管組的第一AC端子連接到所述AC網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)相，所述第二轉(zhuǎn)換器塊包括多個輔助轉(zhuǎn)換器，各輔助轉(zhuǎn)換器包括用于在使用時連接到所述AC網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)相的第二 AC端子，其中并聯(lián)連接的該或各由串聯(lián)連接的線換向晶閘管組成的線換向晶閘管組以及該或各輔助轉(zhuǎn)換器可操作為更改所述AC網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)聯(lián)的相的AC電壓。在該實施例中，當(dāng)使用串接轉(zhuǎn)換器時，各串接轉(zhuǎn)換器的中點限定用于在使用時連接到所述AC網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)相的第二 AC端子。在該實施例中，所述功率電子轉(zhuǎn)換器可以在使用時通過變壓器連接到所述AC網(wǎng)絡(luò)，使得所述第一轉(zhuǎn)換器塊的第一 AC端子在使用時連接到該變壓器的次級繞組，并且所述第二轉(zhuǎn)換器塊的第二 AC端子在使用時連接到該變壓器的第三級繞組。這樣的功率電子轉(zhuǎn)換器的設(shè)置允許所述輔助轉(zhuǎn)換器注入電壓以更改AC和DC電壓兩者，因而有助于功率的雙向流動。常規(guī)地，基于線換向晶閘管的轉(zhuǎn)換器汲取大量滯后的無功功率，造成AC電壓的大小隨傳輸?shù)墓β实募墑e和DC電流的增大而下降。這樣的轉(zhuǎn)換器依賴在變壓器的初級繞組處使用在線分接頭變換器通過調(diào)節(jié)所述變壓器的變比來穩(wěn)定相關(guān)聯(lián)的AC電壓，使得所述轉(zhuǎn)換器操作于最佳電壓級別下。所述輔助轉(zhuǎn)換器直接連接到所述AC網(wǎng)的相應(yīng)相上允許直接控制AC電壓的幅度。因此，不需要在線分接頭變換器來穩(wěn)定并控制AC電壓，因為各輔助轉(zhuǎn)換器的自換向開關(guān)元件提供了必要的電壓控制。去除分接頭變換裝備會使系統(tǒng)可靠度增加，并節(jié)約了轉(zhuǎn)換器的尺寸、重量和成本。在其它實施例中，該或各轉(zhuǎn)換器分支可以包括第一轉(zhuǎn)換器塊，所述第一轉(zhuǎn)換器塊串聯(lián)連接在兩個第二轉(zhuǎn)換器塊之間，以限定第一分支部分和第二分支部分，各分支部分包括至少一個線換向晶閘管，所述至少一個線換向晶閘管與輔助轉(zhuǎn)換器串聯(lián)連接在所述第一DC端子和第二 DC端子中的相應(yīng)一個與相應(yīng)的第一 AC端子之間，各分支部分的各線換向晶閘管和各輔助轉(zhuǎn)換器可操作為將相應(yīng)的分支部分切換入或切換出電路，以在相應(yīng)的AC端子處產(chǎn)生電壓波形?？商娲?，該或各轉(zhuǎn)換器分支可以包括兩個第二轉(zhuǎn)換器塊，所述兩個第二轉(zhuǎn)換器塊串聯(lián)連接在所述相應(yīng)的第一轉(zhuǎn)換器塊的串聯(lián)連接的線換向晶閘管之間，以限定第一分支部分和第二分支部分，所述兩個第二轉(zhuǎn)換器塊之間的中點限定該或各轉(zhuǎn)換器分支的第一 AC端子，各分支部分包括至少一個線換向晶閘管，所述至少一個線換向晶閘管與輔助轉(zhuǎn)換器串聯(lián)連接在所述第一 DC端子和所述第二 DC端子中的相應(yīng)一個與相應(yīng)的第一 AC端子之間，各分支部分的各線換向晶閘管和各輔助轉(zhuǎn)換器可操作為將相應(yīng)的分支部分切換入或切換出電路，以在相應(yīng)的AC端子處產(chǎn)生電壓波形。除了允許輔助轉(zhuǎn)換器注入電壓以更改AC和DC電壓兩者，因而有助于功率的雙向流動外，這些功率電子轉(zhuǎn)換器設(shè)置由于減少了連接到AC網(wǎng)的AC端子的數(shù)目而提供了更簡
單的設(shè)置。 在這些實施例中，功率電子轉(zhuǎn)換器可以包括多個轉(zhuǎn)換器分支，各轉(zhuǎn)換器分支的第一 AC端子在使用時被連接到多相AC網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)相。
在這樣的功率電子轉(zhuǎn)換器中，各轉(zhuǎn)換器分支的線換向晶閘管和輔助轉(zhuǎn)換器獨立于其它轉(zhuǎn)換器分支的線換向晶閘管和輔助轉(zhuǎn)換器進(jìn)行操作，并因此僅影響連接到相應(yīng)的第一AC端子的相，而不影響連接到其它轉(zhuǎn)換器分支的第一 AC端子的相。在其它此類這些實施例中，功率電子轉(zhuǎn)換器可以包括兩個轉(zhuǎn)換器分支，并進(jìn)一步包括一 DC鏈電容器對，該DC鏈電容器對串聯(lián)連接在各轉(zhuǎn)換器分支的第一 DC端子和第二 DC端子之間，并且與各轉(zhuǎn)換器分支并聯(lián)連接，該DC鏈電容器對中的DC鏈電容器之間的中點限定用于在使用時連接到所述AC網(wǎng)絡(luò)的一個相的第三AC端子。在兩個轉(zhuǎn)換器分支的第一 AC端子處合成波形導(dǎo)致在DC鏈電容器之間的第三AC端子處產(chǎn)生第三電壓波形。若這兩個合成的波形具有相同的形狀和幅度，則該第三波形將與所述合成的波形共用相同的波形形狀和幅度。只有第一轉(zhuǎn)換器分支和第二轉(zhuǎn)換器分支需要諸如電容器和電感器之類的轉(zhuǎn)換器部件。此外，可以減少功率電子轉(zhuǎn)換器和全局控制器之間的通信鏈路。與常規(guī)的三相轉(zhuǎn)換器設(shè)置(其中全部三個轉(zhuǎn)換器分支都需要轉(zhuǎn)換器部件)相比，轉(zhuǎn)換器部件的減少使得成本、空間包絡(luò)和操作效率得以改善。優(yōu)選地，至少一個晶閘管與第二轉(zhuǎn)換器塊并聯(lián)連接，所述第二轉(zhuǎn)換器塊的輔助轉(zhuǎn)換器可操作為提供一換向電壓以將相關(guān)聯(lián)的線換向晶閘管切換到斷開狀態(tài)。使用自換向開關(guān)元件來幫助關(guān)斷相關(guān)聯(lián)的線換向晶閘管為功率電子轉(zhuǎn)換器中的切換過程提供了改良的控制，因此提高了功率轉(zhuǎn)換的效率。在本發(fā)明的實施例中，功率電子轉(zhuǎn)換器可以進(jìn)一步包括可操作地與輔助轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)的至少一個旁路機構(gòu)，其中該或各旁路機構(gòu)可操作為產(chǎn)生貫通所述旁路機構(gòu)的短路，從而在旁路掉相應(yīng)的輔助轉(zhuǎn)換器的同時，使所述轉(zhuǎn)換器電流流經(jīng)所述短路。優(yōu)選地，該或各旁路機構(gòu)可操作為在檢測到所述AC網(wǎng)絡(luò)或所述DC網(wǎng)絡(luò)或所述功率電子轉(zhuǎn)換器中的故障時產(chǎn)生貫通所述旁路機構(gòu)的短路。在采用一個或更多個旁路機構(gòu)的實施例中，該或各旁路機構(gòu)可與所述相應(yīng)的輔助轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接。或者，優(yōu)選地，各旁路機構(gòu)包括開關(guān)，所述旁路機構(gòu)可操作為激活相應(yīng)的開關(guān)以產(chǎn)生通過該被激活的開關(guān)的短路。所述開關(guān)可采用機械旁路開關(guān)或半導(dǎo)體開關(guān)的形式。在輔助轉(zhuǎn)換器不能產(chǎn)生所需要的電壓以對抗并降低所述驅(qū)動電壓從而降低所述故障電流的情況下，或者在功率電子轉(zhuǎn)換器中的晶閘管出現(xiàn)換向故障的情況下，旁路機構(gòu)的納入為相關(guān)聯(lián)的輔助轉(zhuǎn)換器提供了附加的故障保護(hù)，否則所述故障將導(dǎo)致高電壓直接作用于輔助轉(zhuǎn)換器。


現(xiàn)將參考附圖，借助于非限制性實例來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中圖1顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的功率電子轉(zhuǎn)換器；圖2顯示圖1的功率電子轉(zhuǎn)換器的操作；圖3顯示4象限雙極模塊的操作；圖4顯示50Hz正弦電壓波形的逐步生成；圖5顯示簡化的4象限雙極模塊的操作；
圖6顯示4象限雙極模塊在圖1的功率電子轉(zhuǎn)換器中的使用；圖7顯示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的功率電子轉(zhuǎn)換器；圖8顯示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的功率電子轉(zhuǎn)換器；圖9a和圖9b顯示圖8的功率電子轉(zhuǎn)換器的基本操作的矢量圖；圖10顯示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的功率電子轉(zhuǎn)換器；圖11顯示根據(jù)本發(fā)明第五實施例的功率電子轉(zhuǎn)換器；圖12顯示功率電子轉(zhuǎn)換器在DC網(wǎng)絡(luò)故障期間最小化功率電子轉(zhuǎn)換器電流的操作；圖13顯示與串接轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接的線換向晶閘管；以及圖14顯示根據(jù)本發(fā)明第六實施例的功率電子轉(zhuǎn)換器。
具體實施例方式圖1顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的功率電子轉(zhuǎn)換器20a。功率電子轉(zhuǎn)換器20a包括轉(zhuǎn)換器分支(limb) 22，轉(zhuǎn)換器分支22包括用于在使用時連接到DC網(wǎng)絡(luò)26的第一 DC端子24a和第二 DC端子24b以及用于在使用時串接到連接到AC網(wǎng)絡(luò)30的第一 AC端子28。轉(zhuǎn)換器分支22包括第一轉(zhuǎn)換器塊32和第二轉(zhuǎn)換器塊34，它們串聯(lián)連接在第一 DC端子24a和第二 DC端子24b之間，以限定用于與三相AC網(wǎng)絡(luò)30交換功率的二端DC網(wǎng)絡(luò)。第一轉(zhuǎn)換器塊32包括并聯(lián)連接的三個線換向晶閘管對36。各個線換向晶閘管對36之中的中點限定用于在使用時連接到三相AC網(wǎng)絡(luò)30中的相應(yīng)相的第一 AC端子28。第一 AC端子28的提供允許在AC網(wǎng)絡(luò)30和DC網(wǎng)絡(luò)26之間轉(zhuǎn)移電功率。第二轉(zhuǎn)換器塊34包括并聯(lián)連接的三個輔助轉(zhuǎn)換器，各輔助轉(zhuǎn)換器為一串接轉(zhuǎn)換器，所述串接轉(zhuǎn)換器包括串聯(lián)連接的模塊串。各串接轉(zhuǎn)換器的中點限定用于在使用時連接到AC網(wǎng)絡(luò)30中的相應(yīng)相的第二 AC端子40。第一轉(zhuǎn)換器塊32和第二轉(zhuǎn)換器塊34的上述配置意味著AC網(wǎng)絡(luò)30的各相受到并聯(lián)連接的線換向晶閘管對36中相應(yīng)的線換向晶閘管對36以及相應(yīng)的串接轉(zhuǎn)換器的操作的影響。各線換向晶閘管36以及各串接轉(zhuǎn)換器的操作僅直接影響與之連接的相。圖2顯示圖1的功率電子轉(zhuǎn)換器20a的操作。功率電子轉(zhuǎn)換器20a被控制為在AC網(wǎng)絡(luò)30和DC網(wǎng)絡(luò)26之間提供對稱的功率轉(zhuǎn)移。本實例中以遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換器站的形式提供DC網(wǎng)絡(luò)26。在使用時，第一 DC端子24a連接到遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換器站26的正端子和負(fù)端子中的一者，第二 DC端子24b連接到遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換器站26的正端子和負(fù)端子中的另一者，所述正端子和負(fù)端子分別攜帶+Vdc/2和-Vdc/2的電壓，其中Vdc為遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換器站26的DC電壓范圍。該配置允許遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換器站26提供相對于功率電子轉(zhuǎn)換器20a的第一 DC端子24a和第二 DC端子24b具有任一極性的DC電壓42。在從AC網(wǎng)絡(luò)30向遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換器站26轉(zhuǎn)移功率期間，將遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換器站26兩端的DC電壓42設(shè)置為第一極性。線換向的晶閘管36的設(shè)置允許第一轉(zhuǎn)換器塊32用作將AC功率轉(zhuǎn)換為DC功率的整流器，同時電流43在功率電子轉(zhuǎn)換器20a的DC側(cè)中沿第一方向流動。在從遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換器站26向AC網(wǎng)絡(luò)30轉(zhuǎn)移功率期間，遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換器站26兩端的DC電壓42通過控制相關(guān)聯(lián)的點弧角(firing angle)被反轉(zhuǎn)到第二極性。線換向晶閘管36的設(shè)置允許第一轉(zhuǎn)換器塊32用作將DC功率轉(zhuǎn)換為AC功率的逆變器，同時功率電子轉(zhuǎn)換器20a的DC側(cè)中的電流43繼續(xù)沿第一方向流動。線換向晶閘管36的切換操作被控制為在AC網(wǎng)絡(luò)30和DC網(wǎng)絡(luò)26之間轉(zhuǎn)移功率期間實施所述整流和逆變過程。如圖2所示并如上所述，在功率電子轉(zhuǎn)換器20a操作期間，要求第二轉(zhuǎn)換器塊34能在存在反向DC電壓的情況下操作并能以單向電流流動實現(xiàn)雙向功率流動。因此，為達(dá)到這些要求，所述第二轉(zhuǎn)換器塊的各串接轉(zhuǎn)換器的各模塊44可包括兩個輔助開關(guān)元件對，這兩個輔助開關(guān)元件對與電容器46并聯(lián)連接成全橋設(shè)置，以形成4象限雙極模塊44，各輔助開關(guān)元件為與反并聯(lián)二極管并聯(lián)連接的自換向開關(guān)元件48 (如圖3所示)?；?象限雙極模塊44的串接轉(zhuǎn)換器能通過控制AC側(cè)產(chǎn)生的波形的相角和幅度來在四個象限中被操作，因而能吸收或產(chǎn)生有功功率和無功功率?？赏ㄟ^改變所述輔助開關(guān)元件的狀態(tài)，旁路掉各4象限雙極模塊44的電容器46，或?qū)⒏?象限雙極模塊44的電容器46插入到串接轉(zhuǎn)換器中。當(dāng)自換向開關(guān)元件對48配置為在模塊44中形成短路時，模塊44的電容器46被旁路掉，從而導(dǎo)致所述功率電子轉(zhuǎn)換器中的電流穿過該短路并繞過電容器46。這使模塊44能提供零電壓。當(dāng)自換向開關(guān)元件對48配置為允許轉(zhuǎn)換器電流流入和流出電容器46時，模塊44的電容器46則被插入到所述串接轉(zhuǎn)換器中，電容器46則能充電或釋放其儲存的能量以及提供電壓。所述全橋設(shè)置允許自換向開關(guān)元件48被配置為將電容器46以正向或反向位置插入到所述串接轉(zhuǎn)換器中，以允許任一方向的電流流過電容器46，從而提供正電壓或負(fù)電壓。此外，當(dāng)模塊44的電容器46被旁路掉或被插入到各串接轉(zhuǎn)換器中時，模塊44能雙向傳導(dǎo)電流。如此，4象限雙極模塊44能在存在反向DC電壓的情況下操作并能以單向電流流動實現(xiàn)雙向功率流動(如圖3所示)。因此在該或各串接轉(zhuǎn)換器中提供4象限雙極模塊44致使這種串接轉(zhuǎn)換器的使用與基于線換向晶閘管的功率轉(zhuǎn)換相兼容。自換向開關(guān)元件48可操作為使得模塊串44提供步進(jìn)的可變電壓源，并在該AC網(wǎng)絡(luò)的基頻附近處被切換。通過將多個模塊44的電容器46 (各電容器提供其本身的電壓)插入到所述串接轉(zhuǎn)換器中，可以在該串接轉(zhuǎn)換器兩端累積組合電壓，所述組合電壓高于可自各單個模塊44獲得的電壓。這使自換向開關(guān)元件48能與線換向晶閘管(典型地具有高得多的額定電壓)結(jié)合起來使用。自換向開關(guān)元件48(例如IGBT)典型地具有較低的額定電壓，這意味著基于這種自換向開關(guān)元件48的常規(guī)功率電子轉(zhuǎn)換器傾向于具有比常規(guī)的十二脈沖的線換向晶閘管更低的設(shè)備額定值。然而所述串接轉(zhuǎn)換器累積組合電壓的能力意味著各模塊44中的自換向開關(guān)元件48可以與超過各自換向開關(guān)元件48的單個額定電壓的電壓電平關(guān)聯(lián)起來，因而可與具有更高額定電壓的線換向晶閘管結(jié)合使用。
此外，4象限雙極模塊44提供正電壓或負(fù)電壓的能力意味著可以由提供正電壓或負(fù)電壓的模塊44的組合來累積各串接轉(zhuǎn)換器兩端的電壓。因此，可通過控制模塊44交替提供正電壓或負(fù)電壓而將各個電容器46中的能量級別保持在最佳級別。還可以改變針對各模塊44的切換操作的時機，使得在所述串接轉(zhuǎn)換器中插入和/或旁路掉各個模塊44的電容器46導(dǎo)致產(chǎn)生電壓波形。圖4中示出了用所述串接轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電壓波形的實例，其中交錯插入所述各個模塊的電容器，以產(chǎn)生50Hz的正弦波形。可以通過調(diào)節(jié)針對串接轉(zhuǎn)換器中的各模塊44的切換操作的時機來產(chǎn)生其它的波形形狀。在圖3中示出的實施例中，各自換向開關(guān)元件48包括絕緣柵極雙極型晶體管以及與之反向并聯(lián)連接的二極管。可以想象，在其它的實施例中，各自換向開關(guān)元件48可包括由反向并聯(lián)連接的二極管伴隨的不同的半導(dǎo)體器件，例如場效應(yīng)晶體管、柵極關(guān)閉晶閘管、集成柵極換向晶體管、絕緣柵極換向晶閘管或其它自換向半導(dǎo)體開關(guān)。自換向開關(guān)元件48的快速切換能力允許該或各串接轉(zhuǎn)換器合成復(fù)雜波形以注入到功率電子轉(zhuǎn)換器中，并從而對所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換器電壓和電流波形提供優(yōu)越的控制和靈活性。復(fù)雜波形的合成和注入可用于最小化典型地存在于基于線換向晶閘管的功率轉(zhuǎn)換中的諧波失真。還可以想象，在其它的實施例中，各模塊44的電容器46可以用不同的能量存儲器件替換，例如燃料電池、電池或帶有相關(guān)聯(lián)的整流器的輔助AC發(fā)電機。在其它實施例中，4象限雙極模塊44可以被簡化為使得各模塊44包括兩個輔助開關(guān)元件對，各個輔助開關(guān)元件對由串聯(lián)連接的一個自換向開關(guān)元件48以及一個二極管52組成(如圖5所示)。在各輔助開關(guān)元件對中用二極管52替換自換向開關(guān)元件48導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器的尺寸、重量和成本降低。簡化的4象限雙極模塊44能提供正電壓、零電壓和負(fù)電壓，同時保持單向電流流動。當(dāng)自換向開關(guān)元件48和二極管52配置為在模塊44中形成短路時，簡化的4象限雙極模塊44的電容器46被旁路掉，從而導(dǎo)致功率電子轉(zhuǎn)換器中的電流穿過該短路并繞過電容器46。這使模塊44能提供零電壓。當(dāng)自換向開關(guān)元件48被斷開以允許轉(zhuǎn)換器電流通過二極管52經(jīng)電容器46沿一個方向流動時，簡化的4象限雙極模塊44提供正電壓，并且當(dāng)自換向開關(guān)元件48被閉合以允許轉(zhuǎn)換器電流通過自換向開關(guān)元件48經(jīng)電容器46沿另一方向流動時，簡化的4象限雙極模塊44提供負(fù)電壓。因此，基于該簡化的4象限雙極模塊44的串接轉(zhuǎn)換器能以單向電流流動實現(xiàn)雙向功率流動，并因此與基于線換向晶閘管的功率轉(zhuǎn)換相兼容。圖6顯示基于4象限雙極模塊的串接轉(zhuǎn)換器38在圖1的功率電子轉(zhuǎn)換器中的使用。在使用中，如圖1和圖6所示，功率電子轉(zhuǎn)換器20a可通過變壓器連接到AC網(wǎng)絡(luò)
30。該變壓器的初級繞組54直接連接到該AC網(wǎng)絡(luò)30上，而該變壓器的次級繞組56和第三級繞組58分別連接到功率電子轉(zhuǎn)換器20a的第一 AC端子28和第二 AC端子40。初級繞組54與次級繞組56和第三級繞組58互相耦合，使得第一 AC端子28和第二 AC端子40在使用時連接到該AC網(wǎng)絡(luò)30的相應(yīng)相。這樣的設(shè)置允許第二轉(zhuǎn)換器塊34的各串接轉(zhuǎn)換器38直接控制AC網(wǎng)絡(luò)30的相應(yīng)相的AC電壓的幅度。因此，不要求將在線分接頭變換器并入相關(guān)聯(lián)的變壓器中以穩(wěn)定并控制AC電壓，因為各串接轉(zhuǎn)換器38的自換向開關(guān)元件48提供了必要的電壓控制。去除分接頭變換裝備會使系統(tǒng)可靠度增加，并節(jié)約了轉(zhuǎn)換器的尺寸、重量和成本。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的功率電子轉(zhuǎn)換器20b。功率電子轉(zhuǎn)換器20b包含三個轉(zhuǎn)換器分支22，這三個轉(zhuǎn)換器分支22包括用于在使用時連接到DC網(wǎng)絡(luò)26的第一 DC端子24a和第二 DC端子24b，以及用于在使用時連接到AC網(wǎng)絡(luò)30的第一 AC端子28。在使用時，第一 DC端子24a連接到DC網(wǎng)絡(luò)26的正端子和負(fù)端子中的一個，第二DC端子24b連接到DC網(wǎng)絡(luò)26的正端子和負(fù)端子中的另一個，所述正端子和負(fù)端子分別攜帶+Vdc/2和-Vdc/2的電壓，其中Vdc為DC網(wǎng)絡(luò)26的DC電壓范圍。該配置允許DC網(wǎng)可以26提供相對于功率電子轉(zhuǎn)換器20b的第一 DC端子24a和第二 DC端子24b具有任一極性的DC電壓，以在AC網(wǎng)絡(luò)30和DC網(wǎng)絡(luò)26之間實現(xiàn)雙向功率流動。各轉(zhuǎn)換器分支22包括第一轉(zhuǎn)換器塊，該第一轉(zhuǎn)換器塊串聯(lián)連接在兩個第二轉(zhuǎn)換器塊之間以限定第一分支部分60和第二分支部分62，各分支部分60、62包括線換向晶閘管36和串接轉(zhuǎn)換器38，線換向晶閘管36和串接轉(zhuǎn)換器38串聯(lián)連接在第一 DC端子和第二 DC端子24a、24b中的相應(yīng)一個與相應(yīng)的第一 AC端子28之間，各分支部分60、62的各線換向的晶閘管36和各串接轉(zhuǎn)換器38可操作為將相應(yīng)的分支部分60、62切換入或切換出電路，以在相應(yīng)的第一 AC端子28處產(chǎn)生電壓波形。第一分支部分60和第二分支部分62中的每一個的線換向晶閘管36與串接轉(zhuǎn)換器38之間的串聯(lián)連接意味著，在其它實施例中，可以將它們以相反順序連接在第一 AC端子28與相應(yīng)的DC端子24a、24b之間。因此，在其它實施例中，各轉(zhuǎn)換器分支可包括兩個第二轉(zhuǎn)換器塊，這兩個第二轉(zhuǎn)換器塊串聯(lián)連接在相應(yīng)的第一轉(zhuǎn)換器塊的串聯(lián)連接的線換向晶閘管之間，以限定第一分支部分和第二分支部分，所述兩個第二轉(zhuǎn)換器塊之間的中點限定該或各轉(zhuǎn)換器分支的第一 AC端子，各分支部分包括線換向晶閘管和串接轉(zhuǎn)換器，所述線換向晶閘管和串接轉(zhuǎn)換器串聯(lián)連接在第一 DC端子和第二 DC端子中的相應(yīng)一個與相應(yīng)的第一 AC端子之間，各分支部分的各線換向晶閘管和各串接轉(zhuǎn)換器可操作為將相應(yīng)的分支部分切換入或切換出電路，以在相應(yīng)的第一 AC端子處產(chǎn)生電壓波形?？梢韵胂?，在其它的實施例中，各分支部分60、62可包括串接轉(zhuǎn)換器38和一連串線換向晶閘管，所述串接轉(zhuǎn)換器38和一連串線換向晶閘管串聯(lián)連接在第一 DC端子24a和第二 DC端子24b中的相應(yīng)一個與相應(yīng)的第一 AC端子28之間。在圖7中所示的設(shè)置中，各轉(zhuǎn)換器分支22的線換向晶閘管36和串接轉(zhuǎn)換器38與其它轉(zhuǎn)換器分支22的線換向晶閘管36和串接轉(zhuǎn)換器38獨立地操作，因此僅直接影響與相應(yīng)的第一 AC端子28連接的相，并且對連接到其它轉(zhuǎn)換器分支22的第一 AC端子28上的相具有有限的影響。所述功率電子轉(zhuǎn)換器組件20b提供了簡單得多的設(shè)置，因為其減少了到AC網(wǎng)絡(luò)30的AC端子連接的數(shù)目，同時所執(zhí)行的功能類似于圖1中示出的功率電子轉(zhuǎn)換器20a的功能。此外，可以通過省略圖1和圖6中示出的第三級繞組58的套件來簡化互連AC網(wǎng)絡(luò)30和功率電子轉(zhuǎn)換器20b的變壓器的結(jié)構(gòu)。如上所述，通過將第一分支部分60和第二分支部分62切換入或切換出電路，可控制線換向晶閘管36來執(zhí)行整流和逆變過程，以在相應(yīng)的第一 AC端子28處產(chǎn)生電壓波形。串接模塊44中的切換操作可配置為使得電容器46的插入和旁路與線換向晶閘管36的切換相協(xié)調(diào)，以在相應(yīng)的第一 AC端子28處形成例如正弦波形的逐步逼近。為了產(chǎn)生正弦波形的正分量和負(fù)分量，可通過增加或減小在串接轉(zhuǎn)換器38中插入的電容器46的數(shù)目從而改變串接轉(zhuǎn)換器電壓來形成輸出電壓。串接轉(zhuǎn)換器電壓的改變可通過第一 AC端子28處的輸出電壓的逐步遞增或遞減觀測到。可通過使用較多個電壓電平較低的模塊44來增加電壓步數(shù)，來提高電壓波形的逐步逼近。優(yōu)選地，各串接轉(zhuǎn)換器38可操作為產(chǎn)生一電壓以抵消線換向晶閘管36兩端的電壓，從而最小化相應(yīng)的線換向的晶閘管36兩端的電壓。抵消線換向晶閘管36兩端的電壓還可最小化在線換向晶閘管36在接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)之間換向期間的切換損耗，或降低線換向晶閘管36在處于斷開狀態(tài)時其兩端的電壓應(yīng)力。當(dāng)兩個分支部分60、62中的線換向晶閘管36均在接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)之間換向時，相應(yīng)的分支部分60、62中的相關(guān)聯(lián)的串接轉(zhuǎn)換器38可操作為產(chǎn)生一電壓，以便由兩個分支部分60、62中的串接轉(zhuǎn)換器38所提供的電壓來對抗DC網(wǎng)絡(luò)26的全電壓范圍VDC。因此，當(dāng)線換向晶閘管36由一個狀態(tài)切換到另一狀態(tài)時，在第一分支部分60和第二分支部分62的線換向晶閘管36兩端存在零電壓或最小電壓。在近零電壓處切換最小化了與線換向晶閘管36的換向相關(guān)聯(lián)的損耗。該特征的有利之處在于它允許線換向晶閘管36在近零電壓處切換，從而最小化切換損耗以及電磁干擾。由于使用近零電壓切換還降低了電壓共享誤差以及線換向晶閘管36所感知的電壓改變率，因而能簡化轉(zhuǎn)換器硬件和相關(guān)的緩沖器部件的設(shè)計。當(dāng)分支部分60、62的線換向晶閘管36處于斷開狀態(tài)時，分支部分60、62所支持的電壓等于在相應(yīng)的第一 AC端子28處的輸出電壓與在相應(yīng)的DC端子24處的DC電壓之間的差。串接轉(zhuǎn)換器38可配置為產(chǎn)生一電壓以對抗分支部分60、62兩端的電壓，從而最小化在斷開狀態(tài)下線換向晶閘管36兩端的電壓應(yīng)力。這是因為各分支部分60、62的電壓容量是相應(yīng)的串接轉(zhuǎn)換器38的電壓容量和相應(yīng)的線換向晶閘管36的額定電壓的組合，并且可以根據(jù)需要以非對稱方式分配?？梢韵胂螅@樣的使用串接轉(zhuǎn)換器38抵消線換向晶閘管36兩端的電壓以最小化切換損耗和線換向晶閘管36兩端的電壓應(yīng)力的用法也適用于混合功率電子轉(zhuǎn)換器的其它實施例?？梢韵胂?，在本發(fā)明的其它實施例中，所述功率電子轉(zhuǎn)換器可包括多個轉(zhuǎn)換器分支或單個轉(zhuǎn)換器分支，對于多個轉(zhuǎn)換器分支而言，各轉(zhuǎn)換器分支的第一 AC端子在使用時連接到多相AC網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)相，或包括單個轉(zhuǎn)換器分支；對于單個轉(zhuǎn)換器分支而言，該單個轉(zhuǎn)換器分支包括用于在使用時連接到單相AC網(wǎng)絡(luò)的第一 AC端子?？商鎿Q地，功率電子轉(zhuǎn)換器20c可包括兩個轉(zhuǎn)換器分支22，并進(jìn)一步包括一 DC鏈電容器對64，該DC鏈電容器對64串聯(lián)連接在各轉(zhuǎn)換器分支22的第一 DC端子24a和第二DC端子24b之間，并與各轉(zhuǎn)換器分支22并聯(lián)連接，DC鏈電容器64之間的中點限定用于在使用時連接到AC網(wǎng)絡(luò)30的一個相的第三AC端子，如圖8所示。在兩個轉(zhuǎn)換器分支22的第一 AC端子28處合成波形導(dǎo)致在DC鏈電容器64之間的第三AC端子66處產(chǎn)生第三電壓波形。若這兩個合成的波形具有相同的形狀和幅度，則該第三波形將與所述合成的波形共用相同的波形形狀和幅度。在兩個轉(zhuǎn)換器分支22的第一 AC端子28處合成的波形在形狀和幅度上都相同的情況下，在第三AC端子66處產(chǎn)生的第三電壓波形將共用相同的波形形狀和幅度。在功率電子轉(zhuǎn)換器將用于提供或從AC網(wǎng)絡(luò)30的三相中汲取平衡的有功功率和無功功率時，合成波形的形狀優(yōu)選為正弦形狀，以與三相AC電源的常規(guī)波形形狀相匹配。在常規(guī)的三相功率電子轉(zhuǎn)換器中，各轉(zhuǎn)換器分支22中的開關(guān)操作于120電度(electrical degree)的相角位移處，以確保各循環(huán)周期上的穩(wěn)恒的電力供應(yīng)。兩個轉(zhuǎn)換器分支22的線換向晶閘管36和串接轉(zhuǎn)換器38可操作于所述合成波形的相位之間的相角位移處，所述相角位移優(yōu)選為60電度?？蓞⒖紙D9a和圖9b中示出的矢量圖來解釋功率電子轉(zhuǎn)換器20c的操作，其中假設(shè)第三AC端子66接地(零伏)。功率電子轉(zhuǎn)換器20c操作于在兩個轉(zhuǎn)換器分支22的第一 AC端子28處的合成波形之間的60電度的相角位移處。圖9a和圖9b中示出的矢量之間的角度等于所述合成波形之間的相角位移。參考圖9a，相對于第三AC端子66處的零電壓，兩個轉(zhuǎn)換器分支22之一的第一 AC端子28處的電壓VA等于一個單位電壓。相對于第三AC端子66處的零電壓，兩個轉(zhuǎn)換器分支22中的另一個轉(zhuǎn)換器分支的第一 AC端子28處的電壓VB在與連接VA和VB的矢量成60度處，也等于一個單位電壓。通過對兩個轉(zhuǎn)換器分支22的第一 AC端子28以及第三AC端子66處的三個電壓求平均來計算中性電壓VN。因此，VN在與連接VA和VB的矢量以及連接VC和VB的矢量均成30度處，等于0. 577個單位電壓。參考圖％，相對于中性電壓VN，各AC端子處的中性AC側(cè)電壓VAN、VBN和VCN等于0. 577個單位電壓。任意兩個矢量之間的角度位移等于120度，遵循常規(guī)的三相功率電子轉(zhuǎn)換器中的波形之間的相角位移。因此，功率電子轉(zhuǎn)換器20c通過利用中性AC側(cè)電壓VAN、VBN和VCN而作為三相功率電子轉(zhuǎn)換器20c操作?？梢韵胂?，兩個轉(zhuǎn)換器分支22的線換向晶閘管36和串接轉(zhuǎn)換器38可被控制為操作于60電度或其它相角位移處，并獨立地生成正弦或其它形狀的波形，允許從與功率電子轉(zhuǎn)換器20c的AC側(cè)相連接的AC網(wǎng)絡(luò)30的三相中汲取不同量的有功功率和無功功率。只有兩個轉(zhuǎn)換器分支22需要諸如電容器和電感器之類的轉(zhuǎn)換器部件。此外，可以減少功率電子轉(zhuǎn)換器20c和全局控制器之間的通信鏈路。與常規(guī)的三相轉(zhuǎn)換器設(shè)置(其中所有的轉(zhuǎn)換器分支都需要轉(zhuǎn)換器部件)相比，轉(zhuǎn)換器部件的減少使得成本、空間包絡(luò)和操作效率得以改善。圖10中，第一轉(zhuǎn)換器塊32與第二轉(zhuǎn)換器塊34并聯(lián)連接，以形成單相轉(zhuǎn)換器元件。第一轉(zhuǎn)換器塊32由兩個線換向晶閘管對36組成，每個線換向晶閘管對36中的兩個線換向晶閘管串聯(lián)連接，這兩個線換向晶閘管對36彼此并聯(lián)連接，每個線換向晶閘管對36之中的中點限定在使用時連接到AC網(wǎng)絡(luò)30的一個相的第一 AC端子28。第二轉(zhuǎn)換器塊34包括串接轉(zhuǎn)換器38，該串接轉(zhuǎn)換器38在使用時更改呈現(xiàn)于該單相轉(zhuǎn)換器元件的DC側(cè)的電壓，以合成非常近似于經(jīng)抵消整流的正弦波形的波形。這導(dǎo)致所述單相轉(zhuǎn)換器元件的AC側(cè)上產(chǎn)生諧波失真最小的近于完美的正弦波。因此，圖10中示出的功率電子轉(zhuǎn)換器20d不要求所述單相轉(zhuǎn)換器元件的AC側(cè)上有用以控制功率質(zhì)量的諧波濾波器。當(dāng)沒有串接轉(zhuǎn)換器38時，所述單相轉(zhuǎn)換器元件會從包含高階諧波(例如3階、5階、7階和9階諧波)的AC網(wǎng)絡(luò)30中汲取電流，這會在第一 AC端子28處的電壓波形中造成不期望的諧波失真。在第一 AC端子28處產(chǎn)生近于完美的正弦波形允許線換向的晶閘管36在近零電壓處換相，并因而最小化功率電子轉(zhuǎn)換器20d的正常操作中的切換損耗?？梢韵胂?，在其它實施例中，串接轉(zhuǎn)換器38可被控制為根據(jù)功率電子轉(zhuǎn)換器20d的期望功能來合成其它的波形。在第二轉(zhuǎn)換器塊34中使用串接轉(zhuǎn)換器38意味著呈給線換向晶閘管36的電壓輪廓是由串接轉(zhuǎn)換器38施加和控制的，并且是緩變的波形，而不是反之將呈給所述晶閘管的高電壓階躍。因此，消除了主晶閘管轉(zhuǎn)換器設(shè)計中對于較大的匹配的均壓(voltagesharing)部件的需要，并且使得硬件更簡單、更廉價并且更高效?？稍谒鲭娐返腄C側(cè)上串聯(lián)或并聯(lián)連接三個單相轉(zhuǎn)換器元件，以限定用于三相電力傳輸?shù)亩薉C網(wǎng)。所述三相轉(zhuǎn)換器中的各單相轉(zhuǎn)換器元件的結(jié)構(gòu)和功能與圖10中示出的單相轉(zhuǎn)換器元件的結(jié)構(gòu)和功能相同。各串接轉(zhuǎn)換器獨立地操作，彼此相隔120電度。在使用時，DC輸出電壓為相隔120電度進(jìn)行操作的各個合成波形之和。各單相轉(zhuǎn)換器元件的相應(yīng)第一 AC端子28可連接到三相變壓器的相應(yīng)次級繞組56上，次級繞組56限定如圖11所示的三相星形繞組。提供這樣的設(shè)置得到靈活的功率電子轉(zhuǎn)換器20e，該功率電子轉(zhuǎn)換器20e不僅在AC網(wǎng)絡(luò)30和DC網(wǎng)絡(luò)26之間提供雙向功率流動，還允許功率電子轉(zhuǎn)換器20e中的電流雙向(而非單向)流動。該功率電子轉(zhuǎn)換器設(shè)置與包括能提供正電壓、零電壓或負(fù)電壓并能雙向傳導(dǎo)電流的4象限雙極模塊的串接轉(zhuǎn)換器的使用相兼容。在本發(fā)明實施例中，可操作該或各串接轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生DC側(cè)電壓以補償AC側(cè)調(diào)節(jié)效應(yīng)，否則該調(diào)節(jié)效應(yīng)會導(dǎo)致通常由所述功率電子轉(zhuǎn)換器中的增大的功率流動和電流引起的DC 側(cè)電壓偏低(voltage droop)。優(yōu)選地，該或各串接轉(zhuǎn)換器38可操作為產(chǎn)生一電壓以對抗AC網(wǎng)或DC網(wǎng)30、26中在使用時由故障70產(chǎn)生的電流68的流動，如圖12所示。各串接轉(zhuǎn)換器38的模塊44切換入電路，以將對抗電壓72注入所述功率電子轉(zhuǎn)換器中，來消除故障電流68并從而防止損壞功率電子轉(zhuǎn)換器部件。該故障可能由另一轉(zhuǎn)換器站中的一個或更多個晶閘管閥的換向故障造成，這導(dǎo)致傳導(dǎo)的晶閘管被直接連接到DC網(wǎng)絡(luò)26兩端而形成短路路徑。當(dāng)DC網(wǎng)絡(luò)26中的故障在所述功率電子轉(zhuǎn)換器中產(chǎn)生高故障電流68時，可操作一個或更多個串接轉(zhuǎn)換器38的各模塊44的輔助開關(guān)元件來插入全橋模塊44，以注入電壓72，該電壓72對抗無故障的AC網(wǎng)絡(luò)30的驅(qū)動電壓，從而降低所述功率電子轉(zhuǎn)換器中的故障電流68。
例如，如圖12所示，在DC網(wǎng)絡(luò)26兩端發(fā)生的短路70使得DC網(wǎng)絡(luò)26的正端子和負(fù)端子處的電壓均下降至零伏。當(dāng)該情況發(fā)生時，高故障電流68可自AC網(wǎng)絡(luò)30流經(jīng)轉(zhuǎn)換器分支22的第一分支部分60，并經(jīng)短路70和另一轉(zhuǎn)換器分支的第二分支部分62返回到AC網(wǎng)絡(luò)30。該短路的低阻抗意味著在所述功率電子轉(zhuǎn)換器中流動的故障電流68可能超過所述功率電子轉(zhuǎn)換器的額定電流。可通過對抗來自AC網(wǎng)絡(luò)30的驅(qū)動電壓來最小化故障電流68。這是如果如下操作來實現(xiàn)的將各串接模塊44的輔助開關(guān)元件配置為使得模塊44被插入到相應(yīng)的串接轉(zhuǎn)換器38中以提供對抗并從而降低驅(qū)動電壓的電壓。使用功率電子轉(zhuǎn)換器部件來實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換以及消除故障電流68簡化或消除了對于分立的保護(hù)電路裝備(例如電路斷路器和電路隔離器)的需要。這節(jié)約了硬件尺寸、重量和成本。此外，自換向開關(guān)元件的快速切換能力允許串接轉(zhuǎn)換器38迅速響應(yīng)AC網(wǎng)絡(luò)30或DC網(wǎng)絡(luò)26中故障的發(fā)展并提供消除故障電流68的反向電壓72。優(yōu)選地，所述功率電子轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括至少一個可操作地與輔助轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)的旁路機構(gòu)。在輔助轉(zhuǎn)換器不能產(chǎn)生所需要的對抗并降低驅(qū)動電壓的電壓以降低故障電流的情況下，或者在功率電子轉(zhuǎn)換器中的晶閘管36出現(xiàn)換向故障的情況下，納入旁路機構(gòu)為相關(guān)的輔助轉(zhuǎn)換器提供了附加的故障保護(hù)，否則換向故障將導(dǎo)致高電壓直接作用于輔助轉(zhuǎn)換器。圖12中示出的功率電子轉(zhuǎn)換器包括與其串接轉(zhuǎn)換器38之一并聯(lián)連接的旁路機構(gòu)。在使用時，所述旁路機構(gòu)可操作為產(chǎn)生貫通所述旁路機構(gòu)的短路。所述短路形成供轉(zhuǎn)換器電流流動的替換路徑，從而造成轉(zhuǎn)換器電流繞過串接轉(zhuǎn)換器68。為轉(zhuǎn)換器電流提供替換路徑保護(hù)串接轉(zhuǎn)換器免受會對串接轉(zhuǎn)換器造成損害的高故障電流或高電壓。通過激活旁路機構(gòu)中的開關(guān)71形成短路，來產(chǎn)生貫通被激活的開關(guān)71的短路。開關(guān)71的激活可由操作員手動執(zhí)行，或者在檢測到AC網(wǎng)絡(luò)30或DC網(wǎng)絡(luò)26或所述功率電子轉(zhuǎn)換器中的故障時自動執(zhí)行。優(yōu)選地，所述旁路機構(gòu)的開關(guān)71采用機械旁路開關(guān)或半導(dǎo)體開關(guān)的形式?？梢韵胂螅诶枚鄠€輔助轉(zhuǎn)換器的實施例中，功率電子轉(zhuǎn)換器可包括多個旁路機構(gòu)，各旁路機構(gòu)可操作地與輔助轉(zhuǎn)換器中的相應(yīng)一個輔助轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)。優(yōu)選地，至少一個線換向晶閘管36與包括串接轉(zhuǎn)換器38的第二轉(zhuǎn)換器塊34并聯(lián)連接，如圖13所示。第二轉(zhuǎn)換器塊34的串接轉(zhuǎn)換器38可操作為提供換向電壓以將相關(guān)聯(lián)的線換向晶閘管36切換至斷開狀態(tài)。使用自換向開關(guān)元件來協(xié)助斷開相關(guān)聯(lián)的線換向晶閘管36，對所述切換過程提供改良的控制并從而提高性能和效率。可以想象，在本發(fā)明實施例中，所述第一轉(zhuǎn)換器塊可進(jìn)一步包括至少一個二極管，或第一轉(zhuǎn)換器塊的線換向的晶閘管36可被二極管替代，以便形成包括至少一個第一轉(zhuǎn)換器塊的功率電子轉(zhuǎn)換器，其中第一轉(zhuǎn)換器塊包括多個二極管或包括線換向晶閘管與二極管的組合。圖14所示的功率電子轉(zhuǎn)換器20f類似于圖1中示出的功率電子轉(zhuǎn)換器20a，不同之處僅在于，所有線換向晶閘管由二極管74替代。用二極管代替第一轉(zhuǎn)換器塊32中的線換向晶閘管得到具有不對稱轉(zhuǎn)移特性的功率電子轉(zhuǎn)換器20f。在圖14中，功率電子轉(zhuǎn)換器20f包含轉(zhuǎn)換器分支22，轉(zhuǎn)換器分支22包括用于在使用時連接到DC網(wǎng)絡(luò)26的第一 DC端子24a和第二 DC端子24b，以及用于在使用時連接到AC網(wǎng)絡(luò)30的第一 AC端子28。 轉(zhuǎn)換器分支22包括第一轉(zhuǎn)換器塊32和第二轉(zhuǎn)換器塊34,第一轉(zhuǎn)換器塊32和第二轉(zhuǎn)換器塊34串聯(lián)連接在第一 DC端子24a和第二 DC端子24b之間，以限定用于三相電力傳輸?shù)亩薉C網(wǎng)絡(luò)。第一轉(zhuǎn)換器塊32包括并聯(lián)連接的三個二極管對74。各個二極管對74的中點限定用于在使用時連接到三相AC網(wǎng)絡(luò)30的相應(yīng)相的第一 AC端子28。第二轉(zhuǎn)換器塊34包括并聯(lián)連接的三個輔助轉(zhuǎn)換器，各輔助轉(zhuǎn)換器為串接轉(zhuǎn)換器，所述串接轉(zhuǎn)換器包括串聯(lián)連接的模塊串。各串接轉(zhuǎn)換器的中點限定用于在使用時連接到AC網(wǎng)絡(luò)30的相應(yīng)相上的第二 AC端子40。在從AC網(wǎng)絡(luò)30向DC網(wǎng)絡(luò)26轉(zhuǎn)移功率期間，第一轉(zhuǎn)換器塊32表現(xiàn)為實施AC功率向DC功率的轉(zhuǎn)換的整流器。但第一轉(zhuǎn)換器塊32不能作為從DC網(wǎng)絡(luò)26向AC網(wǎng)絡(luò)30轉(zhuǎn)移功率的逆變器。當(dāng)DC網(wǎng)絡(luò)26的極性反轉(zhuǎn)，使得各二極管對74中的兩個串聯(lián)連接的二極管74都被正向偏置時，則在第一轉(zhuǎn)換器塊32兩端形成短路。因此，第一轉(zhuǎn)換器塊32兩端沒有電壓，并且沒有功率從第一轉(zhuǎn)換器塊32向AC網(wǎng)絡(luò)30流動。由于第二轉(zhuǎn)換器塊34的4象限雙極模塊44具有提供雙向功率流動的能力，因此第二轉(zhuǎn)換器塊34提供從DC網(wǎng)絡(luò)26向AC網(wǎng)絡(luò)30的有限的功率流動。這樣的功率電子轉(zhuǎn)換器20f適用于嚴(yán)重偏向自AC網(wǎng)30向DC網(wǎng)輸出功率并僅要求最小功率輸入的應(yīng)用(例如風(fēng)電廠)。因此，可省略轉(zhuǎn)換器部件(在其它情況下，則需要這些轉(zhuǎn)換器部件來便于從DC網(wǎng)26向AC網(wǎng)30轉(zhuǎn)移功率)，從而節(jié)約尺寸、重量和成本?？梢韵胂?，在其它的實施例中，功率電子轉(zhuǎn)換器20f可包括多個轉(zhuǎn)換器分支22，各轉(zhuǎn)換器分支22包括用于在使用時連接到多相AC網(wǎng)絡(luò)30的相應(yīng)相的至少一個第一 AC端子28。
權(quán)利要求
1.一種功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，用在高壓直流電力傳輸以及無功功率補償中，包括: 至少一個轉(zhuǎn)換器分支(22)，所述轉(zhuǎn)換器分支包括用于在使用時連接到DC網(wǎng)絡(luò)(26)的第一 DC端子(24a)和第二 DC端子(24b)，該或各轉(zhuǎn)換器分支(22)包括連接在所述第一 DC端子(24a)和所述第二 DC端子(24b)之間的至少一個第一轉(zhuǎn)換器塊(32)和至少一個第二轉(zhuǎn)換器塊(34);該或各第一轉(zhuǎn)換器塊(32)包括多個線換向晶閘管(36)和用于在使用時連接到AC網(wǎng)絡(luò)(30)的至少一個第一 AC端子(28)，該或各第二轉(zhuǎn)換器塊(34)包括至少一個包括多個自換向開關(guān)元件的輔助轉(zhuǎn)換器；其中所述自換向開關(guān)元件在使用時可控制為注入一電壓以更改呈給所述轉(zhuǎn)換器分支(22)的DC側(cè)的DC電壓和/或更改在所述轉(zhuǎn)換器的AC側(cè)上的AC電壓和AC電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中該或各輔助轉(zhuǎn)換器為串接轉(zhuǎn)換器(38)，該或各串接轉(zhuǎn)換器包括串聯(lián)連接的一串模塊，各模塊包括與儲能器件并聯(lián)連接的至少一對開關(guān)元件，該或各對開關(guān)元件包括至少一個自換向開關(guān)元件，所述開關(guān)元件在使用時可控制為使得該串或各串串聯(lián)連接的模塊(44)提供連續(xù)可變的電壓源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中該或各串接轉(zhuǎn)換器中的該或各模塊包括兩對開關(guān)元件，所述兩對開關(guān)元件與相應(yīng)的儲能器件并聯(lián)連接成全橋設(shè)置，以限定能提供正電壓或負(fù)電壓并能雙向傳導(dǎo)電流的4象限雙極模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中該對或各對開關(guān)元件包括串聯(lián)連接的兩個自換向開關(guān)元件，或者包括串聯(lián)連接的一個自換向開關(guān)元件和一個二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中該或各儲能器件包括電容器、燃料電池、電池或帶有相關(guān)聯(lián)的整流器的輔助AC發(fā)電機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中各自換向開關(guān)元件包括半導(dǎo)體器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中所述半導(dǎo)體器件為絕緣柵極雙極晶體管、柵極關(guān)斷晶閘管、場效應(yīng)晶體管、絕緣柵極換向晶閘管或集成柵極換向晶閘管。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中該或各輔助轉(zhuǎn)換器可操作為產(chǎn)生一電壓，以抵消線換向晶閘管兩端上的電壓，從而最小化相應(yīng)的線換向晶閘管兩端上的電壓。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中該或各輔助轉(zhuǎn)換器可操作為產(chǎn)生一電壓，以對抗在使用時由所述AC網(wǎng)絡(luò)或DC網(wǎng)絡(luò)中的故障產(chǎn)生的電流的流動。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中該或各第一轉(zhuǎn)換器塊包括一個或更多個線換向晶閘管組，所述一個或更多個線換向晶閘管組彼此并聯(lián)連接，每個線換向晶閘管組中的線換向晶閘管彼此串聯(lián)連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中該或各并聯(lián)連接的線換向晶閘管組中串聯(lián)連接的線換向晶閘管之間的中點限定用于在使用時連接到AC網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)相的第一 AC端子。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中至少一個第一轉(zhuǎn)換器塊與第二轉(zhuǎn)換器塊并聯(lián)連接，所述并聯(lián)連接的第一轉(zhuǎn)換器塊和第二轉(zhuǎn)換器塊形成單相轉(zhuǎn)換器元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中三個單相轉(zhuǎn)換器元件在所述電路的DC側(cè)上串聯(lián)連接，以限定用于三相電力傳輸?shù)亩薉C網(wǎng)絡(luò)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中三個單相轉(zhuǎn)換器元件在所述電路的DC側(cè)上并聯(lián)連接，以限定用于三相電力傳輸?shù)亩薉C網(wǎng)絡(luò)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中第一轉(zhuǎn)換器塊在所述電路的DC側(cè)上與第二轉(zhuǎn)換器塊串聯(lián)連接，以限定用于多相電力傳輸?shù)亩薉C網(wǎng)絡(luò)，所述第一轉(zhuǎn)換器塊包括多個線換向晶閘管組，所述多個線換向晶閘管組彼此并聯(lián)連接，每個線換向晶閘管組中的線換向晶閘管彼此串聯(lián)連接，并聯(lián)連接的各線換向晶閘管組的第一 AC端子連接到所述AC網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)相，所述第二轉(zhuǎn)換器塊包括多個輔助轉(zhuǎn)換器，各輔助轉(zhuǎn)換器包括用于在使用時連接到所述AC網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)相的第二 AC端子，其中并聯(lián)連接的該或各由串聯(lián)連接的線換向晶閘管構(gòu)成的線換向晶閘管組以及該或各輔助轉(zhuǎn)換器可操作為更改所述AC網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)聯(lián)的相的AC電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求15在引用權(quán)利要求2至5中任一項時所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中各串接轉(zhuǎn)換器的中點限 定用于在使用時連接到所述AC網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)相的第二 AC端子。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中所述功率電子轉(zhuǎn)換器在使用時通過變壓器連接到所述AC網(wǎng)絡(luò)，使得所述第一轉(zhuǎn)換器塊的第一 AC端子在使用時連接到該變壓器的次級繞組，并且所述第二轉(zhuǎn)換器塊的第二 AC端子在使用時連接到該變壓器的第三級繞組。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中該或各轉(zhuǎn)換器分支包括第一轉(zhuǎn)換器塊，所述第一轉(zhuǎn)換器塊串聯(lián)連接在兩個第二轉(zhuǎn)換器塊之間，以限定第一分支部分和第二分支部分，各分支部分包括至少一個線換向晶閘管，所述至少一個線換向晶閘管與輔助轉(zhuǎn)換器串聯(lián)連接在所述第一 DC端子和第二 DC端子中的相應(yīng)一個與相應(yīng)的第一 AC端子之間，各分支部分的各線換向晶閘管和各輔助轉(zhuǎn)換器可操作為將相應(yīng)的分支部分切換入或切換出電路，以在相應(yīng)的AC端子處產(chǎn)生電壓波形。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中該或各轉(zhuǎn)換器分支包括兩個第二轉(zhuǎn)換器塊，所述兩個第二轉(zhuǎn)換器塊串聯(lián)連接在所述相應(yīng)的第一轉(zhuǎn)換器塊的線換向晶閘管之間，以限定第一分支部分和第二分支部分，所述兩個第二轉(zhuǎn)換器塊之間的中點限定該或各轉(zhuǎn)換器分支的第一 AC端子，各分支部分包括至少一個線換向晶閘管，所述至少一個線換向晶閘管與輔助轉(zhuǎn)換器串聯(lián)連接在所述第一 DC端子和所述第二 DC端子中的相應(yīng)一個與相應(yīng)的第一 AC端子之間，各分支部分的各線換向晶閘管和各輔助轉(zhuǎn)換器可操作為將相應(yīng)的分支部分切換入或切換出電路，以在相應(yīng)的第一 AC端子處產(chǎn)生電壓波形。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，包括多個轉(zhuǎn)換器分支，各轉(zhuǎn)換器分支的第一 AC端子在使用時被連接到多相AC網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)相。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，包括兩個轉(zhuǎn)換器分支，并進(jìn)一步包括一對DC鏈電容器，該對DC鏈電容器串聯(lián)連接在各轉(zhuǎn)換器分支的第一 DC端子和第二 DC端子之間，并且與各轉(zhuǎn)換器分支并聯(lián)連接，所述DC鏈電容器之間的中點限定用于在使用時連接到所述AC網(wǎng)絡(luò)的一個相的第三AC端子。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中至少一個晶閘管與第二轉(zhuǎn)換器塊并聯(lián)連接，所述第二轉(zhuǎn)換器塊的輔助轉(zhuǎn)換器可操作為提供一換向電壓以將相關(guān)聯(lián)的線換向晶閘管切換到斷開狀態(tài)。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，進(jìn)一步包括可操作地與一輔助轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)的至少一個旁路機構(gòu)，其中該或各旁路機構(gòu)可操作為產(chǎn)生貫通所述旁路機構(gòu)的短路，從而在旁路掉相應(yīng)的輔助轉(zhuǎn)換器的同時，使所述轉(zhuǎn)換器電流流經(jīng)所述短路。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中該或各旁路機構(gòu)可操作為在檢測到所述AC網(wǎng)絡(luò)或所述DC網(wǎng)絡(luò)或所述功率電子轉(zhuǎn)換器中的故障時產(chǎn)生貫通所述旁路機構(gòu)的短路。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中該或各旁路機構(gòu)與相應(yīng)的輔助轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接。
26.根據(jù)權(quán)利要求23至25中任一項所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中該或各旁路機構(gòu)包括開關(guān)，所述旁路機構(gòu)可操作為激活相應(yīng)的開關(guān)以產(chǎn)生貫通該被激活的開關(guān)的短路。
27.根據(jù)權(quán)利要求 26所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中所述開關(guān)為機械旁路開關(guān)或半導(dǎo)體開關(guān)。
28.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中該或各第一轉(zhuǎn)換器塊進(jìn)一步包括至少一個二極管。
29.根據(jù)權(quán)利要求15至27中任一項所述的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其中所述第一轉(zhuǎn)換器塊的線換向晶閘管由二極管替代。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用在高電壓直流電力傳輸以及無功功率補償中的功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)，其包括至少一個轉(zhuǎn)換器分支(22)，所述至少一個轉(zhuǎn)換器分支(22)包括在使用時連接到DC網(wǎng)絡(luò)(26)的第一和第二DC端子(24a、24b)，該或各轉(zhuǎn)換器分支(22)包括連接在第一和第二DC端子(24a、24b)之間的至少一個第一轉(zhuǎn)換器塊(32)和至少一個第二轉(zhuǎn)換器塊(34)；該或各第一轉(zhuǎn)換器塊(32)包括多個線換向晶閘管(36)和至少一個用于在使用時連接到AC網(wǎng)絡(luò)(30)的第一AC端子(28)，該或各第二轉(zhuǎn)換器塊(34)包括至少一個包括多個自換向開關(guān)元件的輔助轉(zhuǎn)換器；其中所述自換向開關(guān)元件在使用時可控制為注入電壓來更改呈給轉(zhuǎn)換器分支(22)的DC側(cè)的DC電壓和/或更改功率電子轉(zhuǎn)換器(20a)的AC側(cè)上的AC電壓和AC電流。
文檔編號H02J3/36GK103081335SQ201080066063
公開日2013年5月1日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者戴維·特雷納, 安德烈·保樂·卡尼漢斯, 科林·查諾克·戴維森, 卡爾·戴維·巴克 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司