[发明专利]多级功率转换器

说明书

技术领域

本公开的实施例涉及功率转换系统，以及更具体来说，涉及多级功率转换系统。

背景技术

存在对通过长距离向远程位置输送电力的增长需要。交流(AC)传输系统对于通过长距离传送高压电力被认为是低效的，因为AC传输电缆的电抗降低AC电缆的载荷能力。高压直流(HVDC)传输提供通过长距离传送高压电力的更有效方式。

在HVDC传输中，功率转换器常常在传送变电站用来将AC电力转换成直流(DC)电力，并且在接收变电站将所传送DC电力又转换成AC电力。一个或多个DC故障状况常常在功率转换器的操作期间发生。例如，DC故障状况可包括DC短路。DC故障状况引起功率转换器的DC侧的瞬态电流过冲，其又可引起功率转换器的AC侧的电流过冲。具有较大额定功率的组件用于当前可用功率转换器中，以克服这类DC故障。但是，这些组件对HVDC传输系统增加不合需要的成本。

此外，在DC故障的情况下，功率转换器配置成关机，以及一旦在HVDC传输系统中清除故障则重启其操作。操作的这种暂时挂起导致HVDC传输系统中的级联效应，并且可引起HVDC传输系统崩溃。

各种方式已经用来向功率转换器提供DC故障跨越（ride-through）能力。DC故障跨越能力使功率转换器能够克服DC故障，而无需关闭功率转换器。然而，上述方式的使用要求使用增加数量的组件、更高成本、更高复杂度和更低效率。

发明内容

按照本公开的一个方面，提供一种包括一个或多个转换器臂的功率转换器。各转换器臂包括第一串，其包括相互串联耦合的多个开关。一个或多个转换器臂还包括第二串，其在第一结点和第二结点按照并联配置在操作上耦合到第一串，其中第二串包括多个开关单元，并且一个或多个转换器臂的一个转换器臂的第二串在操作上耦合到与一个或多个转换器臂中的其他转换器臂对应的第二串。

按照本公开的另一方面，提供一种用于功率转换的方法。该方法包括有选择地开/关功率转换器的至少一个转换器臂中的多个开关。该方法还包括单独控制功率转换器的至少一个转换器臂中的多个开关单元。此外，该方法包括对相应开关单元中的能量储存元件进行充电或放电。此外，该方法包括多个开关单元的一个或多个线路参数，使得一个或多个线路参数在故障状况期间达到零值。该方法还包括通过控制转换器臂中的直流来操作至少一个转换器臂，以便提供直流故障跨越能力。

技术方案1：一种功率转换器，包括：

一个或多个转换器臂，其中各转换器臂包括：

第一串，包括相互串联耦合的多个开关；以及

第二串，在第一结点和第二结点按照并联配置在操作上耦合到所述第一串，其中所述第二串包括多个开关单元，并且所述一个或多个转换器臂的一个转换器臂的第二串在操作上耦合到与所述一个或多个转换器臂中的其他转换器臂对应的第二串。

技术方案2：如技术方案1所述的功率转换器，其中，所述功率转换器包括三相功率转换器。

技术方案3：如技术方案2所述的功率转换器，其中，所述三相功率转换器包括与三相系统的每相对应的三个转换器臂。

技术方案4：如技术方案1所述的功率转换器，其中，所述一个或多个转换器臂按照并联配置相互耦合。

技术方案5：如技术方案1所述的功率转换器，其中，所述多个开关包括部分可控半导体开关、完全可控半导体开关或者其组合。

技术方案6：如技术方案1所述的功率转换器，其中，所述多个开关单元包括半桥配置、全桥配置或者其组合。

技术方案7：如技术方案1所述的功率转换器，其中，所述多个开关单元的每个包括多个开关元件和一个能量储存元件。

技术方案8：如技术方案7所述的功率转换器，其中，所述多个开关元件包括绝缘栅双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、场效应晶体管、门极关断晶闸管、绝缘门极换向晶闸管、注入增强栅晶体管、碳化硅基开关、氮化镓基开关、砷化镓基开关或者其组合。

技术方案9：如技术方案1所述的功率转换器，其中，所述一个或多个转换器臂的各第一串在相应第一串结点在操作上耦合到交流母线。

技术方案10：如技术方案1所述的功率转换器，其中，所述功率转换器配置成提供直流故障跨越能力。

技术方案11：一种用于功率转换的方法，包括：

有选择地开/关功率转换器的至少一个转换器臂中的多个开关；

单独控制所述功率转换器的所述至少一个转换器臂中的多个开关单元；