[发明专利]电压源换流器的控制

说明书

技术领域

本发明案涉及用于在DC侧中断(例如，DC侧故障)的情况下控制电压源换流器的方法和设备，且尤其涉及控制具有故障阻断能力的电压源换流器。

背景技术

HVDC(高压直流电)电力传输使用直流电以供电力传输。这是更普遍的交流电电力传输的替代方案。使用HVDC电力传输存在许多益处。HVDC对远距离电力传输和/或在不同频率下操作的互连交流电(AC)网络特别有用。

到目前为止，大多数HVDC传输系统一直基于线换向换流器(LCC)，例如使用晶闸管阀的六脉冲桥式换流器。LCC使用例如闸流晶体管的元件，它们可通过适当的触发信号接通，并且只要它们被加正向偏压，就保持导电。

然而，越来越多的电压源换流器(VSC)被提出用于HVDC传输中。VSC使用例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)的开关元件，它们可独立于任何连接的AC系统而进行可控制的接通和关断。因此，VSC有时被称作自换向换流器。

已知VSC的各种设计。通常，每一VSC针对每一AC相位将具有相柱(phase limb)，其中每一相柱具有两个换流器臂，所述换流器臂将相关AC端连接到相应的高DC端和低DC端。每一换流器臂包括通常被称为阀的设备，其用于将AC端选择性地连接到相关DC端。

在已知的VSC的一个形式，通常被称为六脉冲桥式或称为两级换流器中，每一换流器臂的阀包括一组串联连接的开关元件，通常为IGBT，每一IGBT与反并联二极管连接。阀的IGBT一起开关以连接或断开连接相关AC与DC端，其中给定相柱的阀在反相中进行开关。通过针对每一臂使用脉冲宽度调制(PWM)类型的开关方案，可实现AC和DC电压之间的转换。在称为模块化多电平换流器(MMC)的另一VSC形式中，每一换流器臂包括多个串联连接的单元，它们各自具有例如电容器的能量存储元件，所述能量存储元件可在相关AC和DC端之间选择性地串联连接或被旁路。通过使用相对较大数目个单元并适当定时所述开关，所述阀可合成近似正弦波的步进式波形，以从DC转换到AC，或反之亦然，伴有低等级的谐波失真。在称为交替臂换流器(AAC)的另一类型的换流器中，多个串联连接的单元在每一换流器臂中进行连接，以用于提供如针对MMC类型换流器所描述的步进式电压波形，但是每一换流器臂还包括被称为导引器开关的臂开关，并且每一换流器臂在AC周期的至少部分内关断。

图1示出了示例性HVDC网络。第一VSC 101a，可形成第一换流器站的部分通过DC链路102连接到第二VSC 101b。在背靠背布置中，第二VSC 101b可在第一站中与第一VSC 101a处于相同位置。然而，在一些情况下，第二VSC 101b可位于远离第一站的第二站，并且DC链路102可包括一个或多个DC传输线，例如，架空线路或水下或埋设电缆，所述DC传输线的长度可为数千米。第一VSC 101a可通过从来自连接的AC系统103a的经接收AC输入供应的转换而产生DC供应。接着，第二VSC 101b针对连接的AC系统103b通常提供从DC转换回AC。

一开始，HVDC电力传输系统倾向于针对点到点传输实施，即从第一站到第二站。然而，越来越多地提出在多端DC电网上实施HVDC电力传输，所述多端DC电网包括连接多于两个电压换流器的多个DC传输路径。因此，在一些情况下，可存在至少第三VSC 101c连接到DC电网，即，连接到DC链路102。如果存在，那么第三VSC可耦合到第三AC系统103c(其可为与第一或第二AC系统相同的AC网络的部分)。此类DC网络例如在例如从可再生来源(例如，风场)产生电力的应用中是有用的，其中可存在地理上偏远的多个来源。

此类网络需要能够处理可包括DC侧故障的故障。DC侧故障表示在网络的正常或标称操作中的DC侧中断。在DC故障的情况下，故障电流可从DC链路的一个极点流动到接地，如由灰色箭头107所说明，或在DC链路的各极点之间流动，如由箭头108所说明。

常规地，提供AC断路器104以用于故障处理。在DC故障的情况下，VSC可切换到阻断状态中，即VSC的所有开关元件都可断开。然而，对于许多常规VSC设计，故障电流仍然可经由VSC的开关元件的二极管而流过处于阻断状态中的VSC。因此，为了防止对DC侧故障电流的此类促成作用，将命令AC断路器104打开，并且AC断路器104将在AC电流的下一个过零点处打开。打开AC断路器隔离了DC系统与AC系统，并因此防止AC侧对故障电流的任何促成作用。

在故障的情况下操作AC断路器确实隔离了AC和DC系统，但是这将需要AC断路器在故障已经清除之后重新关断。