[发明专利]电压源变换器及其控制

说明书

本发明涉及用于交替桥臂变换器(AAC)类型的电压源变换器(VSC)的硬切换的方法和设备。此VSC具有至少一个相分支，所述至少一个相分支具有将AC端子(102)连接至高侧DC端子(DC+)的高侧变换器臂和将所述AC端子(102)连接至低侧DC端子(DC‑)的低侧变换器臂。所述变换器臂中的每一个包括与导向器开关(104)串联的链式‑链接电路(103)。每个链式‑链接电路(103)包括多个串联连接的单元(106)，所述多个串联连接的单元(106)可以被可控地切换以在所述链式‑链接电路两端生成受控电压(V_CL)。在本发明的实施例中，控制器(601)被配置成响应于对第一相分支的硬切换请求关断正传导电流的变换器臂的导向器开关(104)。响应于硬切换请求，所述控制器(601)被配置成在相位周期中的任意点控制所述第一相分支的链式‑链接电路(103)以控制以下的至少一个：所述导向器开关两端的DC电压(V_DS)；以及在关断所述导向器开关之前通过导向器开关流动的到预定水平的电流(I_P)。

技术领域

本发明涉及电压源变换器以及用于电压源变换器的控制方法和装置，并且特别涉及用于高压电力分配中的电压源变换器，以及特别涉及电压源变换器的硬切换。

背景技术

高压直流(HVDC，high-voltage direct current)电力传输使用直流用于电力的传输。这是更为普遍的交流电力传输的一种替代方式。使用HVDC电力传输有许多益处。

为了使用HVDC电力传输，通常需要将交流(AC)转换成直流(DC)，再转换回去。至今，大多数HVDC传输系统一直基于电网换相换流器(LCC)，比方说例如使用晶闸管阀的六脉冲桥式变换器。LCC使用诸如晶闸管的元件，晶闸管能够由适当的触发器信号接通，只要其是前向偏置的则保持导通。在LCC中，变换器依赖连接的AC电压以从一个阀向另一个阀提供换向。

然而，目前越来越多的电压源变换器(VSC)被提出用于HVDC传输中。HVDC使用开关元件，诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)，其能够独立于任何连接的AC系统被可控地接通和关断。因此，VSC有时称作自换向变换器。

VSC通常包括多个变换器臂，每个臂将一个DC端子连接至一个AC端子。对于典型的三相AC输入/输出，有六个变换器臂，两个臂将给定的AC端子连接至相应地形成相分支的高和低DC端子。每个变换器臂包括一个设备，该设备通常称作阀，并且其通常包括可以以期望顺序切换的多个元件。

在通常称作六脉冲桥的一种形式的已知VSC中，每个阀包括一组串联连接的开关元件，通常是与相应的反并联二极管连接的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。阀的IGBT被一起切换以将相关的AC和DC端子电连接或断开，给定相分支的阀通常以反相切换。通过对每个臂使用脉宽调制(PWM)类型的开关方案，可以实现AC和DC电压之间的变换。

然而，在需要大量的串联连接的IGBT的高压应用中，该方法确实需要复杂的驱动电路确保IGBT彼此在相同的时间开关，并需要大的无源缓冲器部件以确保串联连接的IGBT两端的高压被正确分担。此外，在AC电压频率的每个周期上IGBT需要接通和关断几次，以控制谐波电流。这些因素可能导致相对高的变换损耗，高水平的电磁干扰和复杂设计。

在称作模块化多电平变换器(MMC)的另一种已知类型的VSC中，每个阀包括串联连接的多个单元，每个单元包括能量储存元件，诸如可以被控制的电容器和开关布置，以便将能量储存元件连接在单元的端子之间或者绕过能量储存元件。单元有时称作子模块，多个单元形成一个模块。阀的子模块被控制以在不同的时间连接或绕过其相应的能量储存元件，以便随时间改变多个单元两端的电压差。通过使用相对大量的子模块，并对开关适当地定时，阀能够合成近似等于期望波形诸如正弦波的阶跃波形，从而以低水平的谐波畸变从DC变换到AC，或反之亦然。在分别切换各个子模块时，从切换各个子模块的电压的变化相对较小，避免了与六脉冲桥式变换器关联的许多问题。