[发明专利]用于控制转换器的内部能量的模块

说明书

本发明涉及一种模块化多电平转换器(10)，包括用于调节存储在转换器的臂的子模块的电容器中的内部能量的控制模块(12)，控制模块适于通过使用在DC供电网络(110)和在AC供电网络(120)上测量的参数以及转换器的工作功率的设定点，将内部能量限制为低于上限和/或高于下限。

技术领域

本发明涉及将交流电(AC)转换成直流电(DC)并反之亦然的模块化多电平转换器(MMC)的技术领域。

本发明更精确地涉及使用DC用于传输电力并且其中站点包括模块化多电平转换器的高压直流(HVDC)传输网络。

背景技术

在图1中，可以看到示出现有技术的多电平模块化转换器10的子模块集合6的图。对于三相输入/输出(具有三个相位和)，转换器10具有三个转换支路(leg)，其由给予图1的各种组件的索引a、b和c引用。每个转换支路包括上臂(upper arm)和下臂(lower arm)(由索引“u”表示上臂和表示下臂)，每个支路将DC供电网络的一个端子DC+或DC-连接到AC供电网络的端子。特别地，每个支路连接到AC供电网络的三个相线和中的一个。图1示出了子模块集合6，其中每个臂传递电流i_xi(x表示臂是上臂还是下臂，并且索引i表示支路)。另外，每个臂包括多个子模块SM_xij，其可以用期望的顺序控制(其中x表示臂是上臂还是下臂，i表示与该臂相关联的相线，并且j是该臂中串联子模块中子模块的编号)。在此示例中，每个臂仅示出三个子模块。在实践中，每个下臂或上臂可以具有N个子模块，这些子模块可以位于几十到几百的范围内。每个子模块SM_xij包括能量存储系统，例如至少一个带有控制构件的电容器，用于选择性地将电容器串联连接在子模块的端子之间或用于旁路它。子模块用选定的顺序控制，以使得在转换器10的臂中串联连接的能量存储元件的数量逐渐变化，以便输送多个电压电平。而且，在图1中，V_dc表示转换器连接到DC供电网络的点两端的电压，本领域技术人员将这些点称为“公共耦合点”(PCC)。i_dc表示DC供电网络的电流，而电流i_ga、i_gb和i_gc由三个相线和承载。此外，每个臂具有电感L_arm，并且每个相线具有电感L_f和电阻R_f。

图2示出了形成图1转换器10的一部分的现有技术子模块SM_xij。在该子模块中，每个控制构件包括第一电子开关元件T1，例如与电能存储元件(具体是电容器C_SM)串联连接的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。该第一开关元件T1和该电容器C_SM并联连接第二电子开关元件T2，第二电子开关元件T2同样是IGBT。该第二电子开关元件T2耦合在子模块SM_xij的入口和出口端子之间。第一和第二开关元件T1和T2都与相应的反并联二极管相关联，如图2所示。

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”状态的第一状态中，第一开关元件T1和第二开关元件T2被配置为将能量存储元件C_SM与其他子模块串联连接。在被称为“关断”状态的第二状态中，第一开关元件T1和第二开关元件T2被配置为使能量存储元件C_SM短路。

已知每个在其端子两端具有电压v_m的臂可以通过其端子两端具有电压v_m的建模电压源建模，其占空因数取决于被接通的子模块的数量，并且由连接到电压源的建模电容器C_tot建模。该模型在图3中示意性地示出，其中可以看到传递电流i的臂与所获得的模型。建模电容器C_tot的等效电容的倒数等于接通的模块的电容的倒数之和，使得：

其中C₁,C₂,…,C_j,…,C_N是第j个电容器的电容。