[发明专利]基于载波的PWM的精确切换

说明书

技术领域

本发明涉及用于电力传输的高压直流(HVDC)系统。具体而言其涉及控制多级电压源换流器。

背景技术

HVDC用于传输并且可以直接用于DC传输或者间接用于调节AC传输系统。HVDC系统基本上包括用于将AC转换到DC并且反之的换流器(VSC)。可以由晶闸管或可切换半导体元件来配置HVDC换流器，即可以关断与晶闸管相反的电子管。关断半导体的实例是GTO(栅极关断晶闸管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、FET(场效应晶体管)、BJT(双极结型晶体管)。具有关断半导体的HVDC换流器(例如具备IGBT的HVDC电灯换流器)还可以用于静态VAr补偿(SVC)和功率补偿(RPC)。

HVDC电灯基本上包括两个元件：换流站和一对电缆。

换流站包括控制系统和电压源换流器。控制系统通常自动地控制VSC，无需与其他换流站进行通信。HVDC电灯换流站可以包括六个切换元件，其中每个相位两个切换元件，包括IGBT(绝缘栅双极晶体管)形式的高功率晶体管。HVDC电灯中的控制系统被计算机化，并且通过脉冲宽度调制(PWM)技术控制IGBT电子管。

具有六个桥型配置的切换元件的换流站被称为两级换流器。两级换流器的替换是具有18个桥型配置的切换元件的三级换流器。并且，已经构造了多级换流器并且本发明主要关注多级类型。

在HVDC电灯中，电压源换流站的控制系统使用脉冲宽度调制来控制IGBT电子管。通过生成与调制的参考信号相当的三角信号(三角波)来提供该调制。

在HVDC电灯中，控制系统以三角载波信号(tri)的形式提供参考电压信号(Vref)和载波。控制系统比较这两个信号并且当参考信号大于载波信号时生成切换脉冲。

US 7,321,500B2(D1)公开了一种适用于这样一种HVDC电灯的电压源换流器，该HVDC电灯包括多个可熄灭(即关断型)半导体元件形式的电子管或切换元件以及电子管控制组件，该电子管控制组件包括计算机和脉冲宽度调制器，该脉冲宽度调制器提供用于控制该半导体元件的执行控制信号(见摘要)。该文献描述了两个不同的调制方法，优化脉冲宽度调制(OPWM)和基于载波的脉冲宽度调制(基于载波的PWM)方法。基于载波的PWM的缺点在于其需要比OPWM更高的切换频率。OPWM需要更少的切换并且避免在高电流处切换。OPWM的缺点在于其易于受到瞬变现象影响(第2栏，第9到17行和第44到65行)。D1的电压源换流器通过使用基于载波的PWM处理来自AC侧的瞬变现象并且在另外的情况下使用OPWM来消除这些问题。为此目的，VSC包括“模式检测器14”并且该VSC被适配为在操作期间改变模式，即在OPWM与基于载波的PWM之间改变(见权利要求1，第9到10栏)。

D1在图1中更详细地描述了彼此连接的第一和第二VSC站(STN1、STN2)。每个站(STN1、STN2)包括用于相应的电压源换流器(CON1、CON2)的控制设备(CTRL1、CTRL2)。D1描述了用于生成换流器电流的参考值的外有功/无功功率控制环路(4)，其中该换流器电流的参考值是内控制环路(5)的输入。内控制环路(5)追踪换流器电流的参考值并且生成换流器的电压参考。内控制环路(5)输出输出信号，该输出信号是换流器(CON1、CON2)的桥电压的电压参考向量。将该电压参考向量提供给脉冲宽度调制组件(7)，脉冲宽度调制组件(7)根据向半导体电子管提供的预定PWM图案生成开启/关断命令(或脉冲串列)。该预定PWM适宜地是基于载波的PWM，如正弦PWM(SPWM)(见D1的第3到4栏)。因此，现有技术的控制系统使用电压参考信号和载波信号来创建到VSC(即，到VSC的每个电子管)的切换命令的脉冲串列形式的开关信号。

在具有外和内控制环路的换流站中可以利用本发明，但是本发明的主要关注在于电压参考以及切换命令如脉冲串列的生成，并且因此在本文中不更详述外和内控制环路的进一步的描述。

可选择地可以通过多级换流器来解决与基于载波的脉冲宽度调制的高切换频率相关的问题。