[发明专利]具有导向开关的模块化多电平换流器

说明书

技术领域

本发明涉及用于高电压直流输电(HVDC)的电压源换流器。

背景技术

在HVDC电力传输中，交流电(AC)电力转换为高电压直流电(DC)电力，以供经由架空线和/或海底缆线进行传输。这一转换降低每千米线和/或缆线的成本，且因此在需要长距离传输电力时有成本效益。一旦传输的电力到达其目标目的地，就将高电压DC电力转换回AC电力，然后分配到本地网络。

在有必要互连以不同频率操作的两个AC网络的情形中，也通常将AC电力到DC电力的转换用于电力传输网络中。

在AC与DC网络之间的每一连接处都需要换流器，以实现AC电力与DC电力之间的所需转换，电压源换流器是此类形式的换流器的一种。

发明内容

根据本发明，提供一种用于高电压DC电力传输中的电压源换流器，包括：

至少一个换流器分支(converter limb)，包括用于在使用中连接到DC网络的第一DC端子和第二DC端子，所述至少一个或每一个换流器分支包括由在使用中连接到AC网络的AC端子分离的第一分支部分和第二分支部分，每一分支部分包括与链节式换流器(chain-link converter)串联连接的主开关元件(primary switching element)，所述链节式换流器可操作以提供阶梯式可变电压；以及

控制单元，被编程以：

使所述第一分支部分和所述第二分支部分中的每一个中的所述主开关元件在导电配置与非导电配置之间切换，以使对应的所述链节式换流器选择性地在加入电路与退出电路之间切换，其中每一个所述主开关元件在处于其非导电配置时在非电压支持状态与电压支持状态之间转变；以及

在每一个所述链节式换流器切换为退出电路时操作所述链节式换流器以产生变化的电压波形，从而减小对应的所述主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的电压范围。

减小每一个主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的电压范围允许简化与每一个主开关元件相关联的一个或多个辅助电路的设计和操作。

举例来说，缓冲电容器和DC均压电阻器可能伴随着给定主开关元件，以用来例如，帮助在主开关元件内的个别开关(individual switch)间更平均地分配电压，且因此避免原本可能损害或毁坏一个或多个此类个别开关的尖峰电压。缓冲电容器和DC均压电阻器的操作可以得到优化，因为其不需要适应跨越宽电压范围发散的较高与较低电压。因此，与缓冲电容器和电阻器的此类操作相关联的任何损耗可以减到最小。

举例来说，这反过来也避免了阶梯式地启动和撤销给定主开关元件内的个别开关的需要。而若非如此，则会不利地影响从相关联主开关元件汲取电力以帮助为与电压源换流器的操作相关联的各种控制系统供电的能力。

优选地，控制单元被编程以在每一个所述链节式换流器切换为退出电路时操作每一个所述链节式换流器以产生变化的电压波形，从而将对应主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的电压维持在上限与下限之间的偏差不超过20％的电压范围内。

优选地，控制单元被编程以在每一个所述链节式换流器切换为退出电路时操作每一个所述链节式换流器以产生变化的电压波形，从而将对应的主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的电压维持在上限与下限之间的偏差小于10％的电压范围内。

将给定主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的电压维持在前述电压范围内将在每一种情况下提供把与给定主开关元件相关联的一个或多个辅助电路的设计和操作优化到所需程度的机会。

在本发明的优选实施例中，控制单元被编程以在每一个所述链节式换流器切换为退出电路时操作所述链节式换流器以产生变化的电压波形，从而将对应的主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的电压维持在恒定电平。

将每一个主开关元件在处于其电压支持状态时所承受的电压维持在恒定电平的能力意味着，给定主开关元件在此类周期期间将在其原本设计的配置和电压条件下工作，例如，完全切断时流过其中的电流可忽略且其两端电压为恒定的全电压。主开关元件的此类操作已经由原始设计者和制造商优化，因此，主开关元件能够在本发明的电压源换流器内以最佳方式工作。

优选地，控制单元被编程以操作所述链节式换流器产生变化的电压波形，所述变化的电压波形的形状与在每一个链节式换流器在切换为退出电路时却产生恒定最大电压的情况下，对应的主开关元件在处于其电压支持状态时将要承受的电压波形相同。

如此编程的控制单元合乎需要地实现以下操作条件：对应的主开关元件在处于其电压支持状态时承受恒定电压，因此能够以最佳方式工作。