[发明专利]转换器单元模块、包括该模块的电压源转换器系统以及用于控制该系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及转换器单元模块以及包括该模块的电压源转换器系统。根据本发明的该转换器单元模块包括至少两个开关元件、用于能量存储的装置以及自耦变压器。该自耦变压器被设置为在故障发生在该转换器单元模块中的情况下将该转换器单元模块旁路。本发明还涉及用于控制该系统的方法。

背景技术

链式多级电压源转换器系统包括多个串联的转换器单元模块。每个转换器单元模块形成单相电压源转换器(VSC)的一个“链路”(或单元)并且在交流系统的基频周期期间被多次开关。链式转换器可以包括多个相，每个相包括一连串彼此串联的该转换器单元模块。

简要地说，转换器单元典型地包括关断型的半导体组件，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)。转换器单元模块的示例包括4个IGBT。将续流二极管(又被表示为反并联二极管)与每个IGBT并联并且在与该IGBT相反的方向进行传导。IGBT在H桥设置中与DC链路电容器组相连。

对于每个相，串联的转换器单元模块的数量与交流系统的额定交流电压成正比。因此对于不具有干线变压器的高电压应用，转换器单元模块的数量可能很大，这招致高成本。此外，在高压系统中该转换器单元模块上的电流需求也可能为低，导致超额定半导体部件的使用，这再次招致高成本。

另一方面，如果手头的应用需要比半导体可提供的额定电流更高的电流，那么必须将转换器单元或半导体开关并联，从而再次导致高成本。

为了在这些类型的应用中提供灵活性，一个技术方案是使用变压器。然而，干线变压器的成本很高并且干线变压器需要大型封装，这对于所有类型的应用是不可用的。

必要的是串联单元具有允许该单元在故障发生在该单元中的情况下被旁路的特征，以便允许转换器系统的连续的操作而不会在例如半导体器件故障时跳闸。即，如果半导体器件(例如IGBT)被损坏，则不能允许该单元变得开路，因为转换器单元模块的串联随后将形成开路。可获得在受损时变得短路的半导体器件，例如压装IGBT(press-pack IGBT)，该压装IGBT如果遭破坏则变得短路，一种被称为短路故障模式(SCFM)的行为。然而，该半导体器件的成本非常高，甚至是标准工业类型的设备的成本的两倍那么高。

标准工业类型的设备的使用需要使用附加部件如用于旁路故障单元或设备的快速旁路开关。这再次招致高成本。

发明内容

鉴于以上描述，本发明的一个目的在于提供一种改进的拓扑，并且更具体而言提供一种与已知的技术方案相比具有降低的成本的转换器单元模块和转换器系统。

通过如独立权利要求中所述的转换器单元模块、包括该转换器单元模块的系统以及用于控制该系统的方法来实现该目的以及其他目的。

根据本发明，提供了一种用于电压源转换器系统的转换器单元模块，该转换器单元模块包括至少两个开关元件、用于能量存储的装置以及自耦变压器。所述自耦变压器被设置为在故障发生在该转换器单元模块中的情况下将所述转换器单元模块旁路。通过该设置，在转换器单元模块中的任何故障的情况下由该自耦变压器将故障的模块旁路，从而当在电压源转换器系统中使用时不会导致任何操作停顿。

在另一个实施方式中，所述至少两个开关元件是并联的。每个开关元件具有至少两个关断型的和串联的半导体组件，并且每个半导体组件具有反并联连接的整流元件。所述转换器单元模块的每一个还包括与所述开关元件并联的至少一个用于能量存储的装置。用于能量存储的装置例如包括电容器。

在仍另一个实施方式中，每个半导体组件包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)。

在仍另一个实施方式中，该自耦变压器被设置为向该转换器单元模块提供电感。

在仍另一个实施方式中，该转换器单元模块还包括用于断开该模块的装置。从而可以当在电气系统中使用时，该转换器单元模块可以断开与任意其他电气设备的电连接。

在本发明的另一个方面中，提供了一种电压源转换器系统。该系统包括一个或多个相，每个所述相包括至少两个如任意一个权利要求中所要求的转换器单元模块。在所述系统的连续操作期间执行该转换器单元模块在故障的情况下的旁路。

在另一个实施方式中，该系统包括三个相(L1，L2，L3)。

在仍另一个实施方式中，该三个相(L1，L2，L3)用三角形(delta)配置来连接。

可选择地，该三个相(L1，L2，L3)可以用Y配置来连接。