[发明专利]电压源转换器的控制

说明书

本申请涉及用于控制电压源转换器(VSC)的方法和设备。所述控制设备具有基准电压发生器(402)，所述基准电压发生器配置成生成作为电压控制环路的一部分的电压控制信号。所述基准电压发生器可以是直流电压/功率控制器(402)，所述直流电压/功率控制器操作性地调节直流电压或功率，并且可以基于反馈直流电压/功率信号和已定义的设定点来生成所述电压控制信号，例如电压基准。过电流控制器(403)配置成生成用于调制所述电压控制信号以防止过电流的电流控制信号。所述过电流控制器生成所述电流控制信号作为独立于所述电压控制环路的控制通路的一部分。因此，所述直流电压/功率控制器(402)可以直接生成电压基准，并且可以用于在短期瞬变的时间尺度上保持所述直流电压大体恒定，其中所述过电流控制器(403)仅在需要时提供电流限制。

背景技术

本申请涉及用于控制电压源转换器的方法和设备，并且确切地说，涉及具有嵌入式储能器的电压源转换器的控制。

HVDC(高压直流)输电中使用直流电来输送电力。这是更常规交流电输电的替代方案。使用HVDC输电有许多益处。

要使用HVDC输电，通常必需将交流电(AC)转换成直流电(DC)并且将直流电再次转换回交流电。迄今为止，大多数HVDC输电系统均基于线路换流转换器(LCC)，例如使用晶闸管阀(thyristor valve)的六脉冲桥式转换器。LCC使用各种元件例如晶闸管，这些元件可以通过适当触发信号接通，并且只要正向偏置就保持导通。在LCC中，所述转换器依赖于相连的交流电压来提供从一个阀到另一个阀的换流。

但是，越来越多地提议在HVDC输电中使用电压源转换器(VSC)。HVDC使用能够独立于任何相连交流电系统以可控方式接通和关断的半导体开关元件，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)。因此，VSC有时称为自换流转换器。

VSC通常包括多个转换器臂(converter arm)，每个转换器臂将一个直流端子连接到一个交流端子。典型的三相交流输入/输出端设有六个转换器臂，其中的两个臂将给定交流端子分别连接到高压和低压直流端子，从而形成相分支(phase limb)。每个转换器臂包括通常称为阀的设备，并且所述设备通常包括可以按预期序列开关的多个元件。

在一种已知形式的VSC，通常称为六脉冲桥式转换器中，每个阀包括一组以串联方式连接的开关元件，通常是与相应反并联二极管连接的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。所述阀的IGBT一起开关以电连接或断开相关交流和直流端子，其中给定相分支的阀通常以反相方式开关。通过对每个臂使用脉冲宽度调制(PWM)型开关方案，可以实现交流电压与直流电压之间的转换。为了保持直流电压稳定，VSC的直流端子之间通常设有相对较大型直流电容器组。但是，所述VSC通常趋于具有相对较大占地面积和相对较高损耗，也就是说，所述VSC可能不适用于某些大功率HVDC装置。

在另一种已知类型VSC，称为模块化多电平转换器(MMC)中，每个阀包括链节电路(chain-link circuit)，所述链节电路具有以串联方式连接的多个单元，每个单元包括储能元件例如电容器以及开关装置，所述开关装置能够受控制以将所述储能元件连接在所述单元的端子之间或者旁路所述储能元件。所述单元有时称为子模块，其中多个单元形成模块。所述阀的子模块受控制以在不同时间连接或旁路它们的相应储能元件，以便随时间改变跨多个单元的电压差。通过使用相对大量子模块并且适当设定开关的定时，所述阀可以合成近似于预期波形的步进波形例如正弦波，以便以低谐波失真级从直流电转换成交流电，或者从交流电转换成直流电。由于各个子模块是单独开关的，并且开关各个子模块所引起的电压变化相对较小，因此可以避免与六脉冲桥式转换器相关的若干问题。