[发明专利]虚拟电容

说明书

本发明涉及一种具有控制模块(4)和计算器(10)的模块化多电平转换器(2)，计算机(10)用于计算存储在半臂的子模块的电容器中的转换器的内部能量的设定值。控制模块被配置为从转换器的内部能量的设定值推导每个建模电容器的端子处电压的设定值，该设定值用于调整转换器连接到连续供电网络的点处的电压以及每个建模电容器的端子处的电压。

技术领域

本发明涉及用于将交流(AC)转换成直流(DC)并且反之亦然(即，将DC转换成AC)的模块化多电平转换器(MMC)的技术领域。

更确切地说，本发明涉及使用DC来传输电能的高压DC(HVDC)传输网络，并且其中各站包括模块化多电平转换器。

背景技术

图1是示出现有技术的模块化多电平转换器2的一组子模块6的视图。对于三相输入/输出电流(具有三相和)，转换器2具有三个转换支路，这些转换支路由图1中各个组件的索引a、b和c表示。每个转换支路包括上臂和下臂(上臂由索引“u”表示，下臂由索引表示)，每个转换支路将DC供电网络的DC+或DC-端子连接到AC供电网络的端子。特别是，每个支路都被连接到AC供电网络的三条相线和中的一个。图1示出一组子模块6，其中每个臂包括可以以期望顺序控制的多个子模块SM_xij(其中x表示臂是上臂还是下臂，i表示支路的编号，并且j表示支路中串联的多个子模块中的子模块的编号)。在这个示例中，每个臂只示出三个子模块。在实践中，每个下臂或上臂可以具有数目N为数十到数百的子模块。每个子模块SM_xij包括能量存储系统(诸如至少一个电容器)和控制构件，其中控制构件用于将电容器选择性地串联连接在子模块的端子之间或用于旁路电容器。以选定的顺序控制子模块，以逐步改变在转换器2的臂中串联连接的能量存储元件的数量，从而提供多个电压电平。另外，在图1中，v_dc表示转换器被连接到DC供电网络的点处的电压，这些点被称为公共耦合点(points of common coupling，PCC)，这是本领域技术人员所熟知的。i_dc表示DC供电网络中的电流，而电流i_ga、i_gb和i_gc流过三相线路和另外，每个臂具有电感L_arm，每个相线包括电感L_f和电阻R_f。

图2示出形成图1转换器的一部分的现有技术子模块SM_xij。在该子模块中，每个控制构件包括与电能存储元件(具体为电容器C_SM)串联连接的第一电子开关元件T1，诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)。该第一开关元件T1和该电容器C_SM与同样是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的第二电子开关元件T2并联连接。该第二开关元件T2连接在子模块SM_xij的入口端子与出口端子之间。如图2所示，第一开关元件T1和第二开关元件T2中的每个具有反并联二极管。

在操作中，可以控制子模块以占据两个控制状态。

在被称为“接通”状态的第一状态下，第一开关元件T1断开，第二开关元件T2闭合，从而将能量存储元件C_SM与其它子模块串联连接。在被称为“断开”状态的第二状态下，第一开关元件T1闭合，第二开关元件T2断开，从而使能量存储元件短路。

已知的是，可以由其端子两端具有电压v_m的建模电压源、以及取决于受控子模块的数量的占空比、以及被连接到电压源的建模电容器C_tot来建模在其端子两端具有电压v_m的每个臂。这个模型如图3所示，其中可以看到臂和由此得到的模型。建模电容器C_tot的电容的倒数等于受控子模块的电容的倒数之和，使得：

其中C₁、C₂、...、C_N是第j个电容器的电容。