专利名称：电压源转换器和用于其故障处理的方法
技术领域：
本发明涉及ー种具有串联连接的多个单元模块的电压源转换器，每个单元模块包括具有ac侧和dc侧的转换器单元，并且该电压源转换器包括被适配以控制转换器单元的控制单元。本发明进一步涉及一种用于电压源转换器中単元模块的故障处理的方法。
背景技术：
在柔性交流输电系统(FACTS)中，多个控制装置是已知的。一种这样的FACTS装置是静态补偿器(STATC0M)。STATC0M包括电压源转换器(VSC)，其具有连接至电カ系统中的高压输电线路或中压配电线路的ac侧以及连接至诸如电容器之类的临时电カ存储器件的dc侧。STATC0M将其dc侧上的dc电压变换为其ac侧上的ac电压，并且从电カ系统能
够被看作具有可变幅度和相位角的电压源。STATC0M可以独立于线路电压向输电线路或配电线路提供无功功率或者从那里吸收无功功率。在一种多级VSC中，每个相包括串联连接的多个单相全桥转换器。这些单相全桥转换器有时被称作链连(chain-link)単元并且在下文中可以被表示为单元模块。在图I中，单元模块6包括四个阀门1-4,姆个阀门包括晶体管开关,诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)。注意到，可以使用其它半导体开关设备，例如栅极可关断晶闸管(GTO)或集成栅极换流晶栅管(IGCT)。也被表示为反并联ニ极管的自振荡ニ极管与每个晶体管开关并联连接并且以开关的相反方向导通。阀门1-4以H桥配置与电容器単元5进行连接。该单元模块进ー步包括阀门控制器11，其被适配为对阀门进行控制以将其dc侧上的dc电压变换为其ac侧上的ac电压。与常规的ニ级或三级VSC相比，可能利用较低的开关频率以及最低限度的滤波来获得更加平滑的ac电流和ac电压波形。多级VSC的每个相包括多个串联连接的単元模块以及与単元模块串联连接的线路电感以用于电流控制和滤波用途。単元模块的数量和其与之相连接的输电线路或配电线路的ac电压水平成正比。結果，VSC可以包括大量串联的单元模块。在图2中，示出了连接至电カ系统中的高压输电线路或中压配电线路7的这种多级转换器的一相。VSC的相可以连接在三角形配置以及Y形配置中。在该示例中，该相包括与线路电感8串联连接的四个单元模块6。图2中的每个单元模块6包括电容器単元5以及多个电阀门。该VSC包括被配置为例如通过使用适当的脉冲宽度调制(PWM)技术而根据开关模式对阀门进行控制以便将其dc侧上的dc电压变换为其ac侧上的ac电压的控制单元。每个阀门在ac系统的基本频率周期期间被开关多次。通过对这样的基本频率周期内的开关时序进行控制，単元模块提供所期望的ac电压，这是每个单元模块的ac电压之和。由于可以使用大量串联的单元来达到输电线路或配电线路的ac电压水平，所以如果不采取措施，单个单元模块中的故障会导致整个VCS不可避免的停机。结果，为了提供VSC的高度可靠性和可用性，使用一些类型的旁通配置来使得能够继续VSC的操作。多个冗余単元模块被提供以替代故障単元模块。如果系统在服务间隔的持续时间内保持可工作，则故障模块可以在预定的维护期间被替代。
为了能够旁通故障的単元模块，必须要跨该单元的ac端子提供零电压。这可以通过使用非常快速的机械开关、固态开关或者二者的组合来实现以允许低的功率损失。W02008/125494中公开了包括単元模块和短路设备串联连接的转换器的ー个示例，其中转换器的每个单元模块与一个例如真空开关管的短路设备相关联以便对该单元模块进行短路。该短路设备使得能够对缺陷单元模块进行安全桥接。所提到的用于旁通故障単元模块的解决方案的问题在于负载电流的中断，即单元模块的故障和开关所执行的旁通之间的延迟。当单元模块出现故障并进入开路时，负载电流中断，其伴有高的电路回路电感，这将导致跨单元模块的高电压以及可能损害相邻设备的极端能量发展。
发明内容
本发明的目的是提供ー种克服或至少缓解以上所提到的问题的电压源转换器。 根据本发明的ー个方面，该目的通过如权利要求I所限定的模块化能量存储设备所实现。电压源转换器具有串联连接的多个单元模块，每个単元模块包括具有ac侧和dc侧的转换器单元，并且该电压源转换器包括被适配以控制转换器单元的控制单元，其特征在于至少ー个单元模块包括具有与第一转换器单元的ac侧并联连接的ac侧的第二冗余转换器单元和被配置为对第一和第二转换器単元同步地进行控制的控制单元。至少ー个単元模块以两个同样的转换器单元所形成，第一转换器単元的ac侧与第二冗余转换器単元的ac侧并联连接。由于第一和第二转换器単元利用相同的控制信号同步进行控制，所以负载电流将不会在第一和第二转换器単元之ー出现故障的情况下中断，结果该故障不会导致単元模块中的高电压和极端能量发展。结果，故障单元模块将不会带来损害任何相邻设备或危害电压源转换器继续操作的风险。在本发明的实施例中，第一和第二转换器单元中的每ー个包括多个电阀门，并且控制单元被配置为在转换器单元的正常操作期间根据第一开关模式对阀门进行控制，以及在检测到第一和第二转换器単元之一中的故障时根据第二开关模式对阀门进行控制，该第ニ开关模式具有低于第一开关模式的开关频率。第一和第二转换器単元中的每ー个包括dc链接电容器组以及多个电阀门。在正常操作期间，控制単元例如通过使用适当PWM技术而根据第一开关模式对阀门进行控制，以便将第一和第二转换器单元的dc侧上的dc电压转换为第一和第二转换器单元的ac侧上的ac电压。每个阀门在电压源转换器与之相连接的ac输电线路或配电线路的基本频率周期期间被开关多次。通过控制所述基本频率周期内的开关时序，全部转换器单元将提供电压源转换器的所期望ac电压，这是每个单元模块的ac电压之和。在正常操作期间，通过电压源转换器的负载电流将均衡或接近于均衡地分别在第一和第二转换器単元之间进行共享。第一和第二转换器単元被设计为具有过载能力，这意味着只要转换器単元的热或电极限没有被超出，第一和第二转换器単元中的每ー个就能够在其相对应的并联连接的转换器单元出现故障的情况下从所述转换器単元接管电流。为了避免转换器単元的过高温度，控制单元能够根据具有较低开关频率的第二开关模式对健康的非故障转换器单元进行控制。由于开关损失将有所減少，所以转换器单元达到其热极限的时刻将被延迟。该额外的时间可以被控制単元用来识别已经发生了哪种类型的故障并且分析采取对策的可能性。故障也可能是临时性质的，这将为恢复第一开关模式给予了机会。由于电压源转换器仅具有有限数量的冗余单元模块来替代故障単元模块，所以这是有利的。根据本发明的实施例，第二开关模式被设计为对阀门进行控制以在第一和第二转换器单元中的每ー个的ac侧提供零或接近零的输出电压。零输出电压可以通过控制第一和第二转换器单元的电阀门以使得第一和第二转换器单元的正向偏移的电阀门开启来实现。除了零输出电压之外，与其中每个阀门在基本频率周期期间被开关多次的第一开关模式相反，该开关模式还将导致等于ac输电线路或配电线路的基本频率的开关频率。该实施例的优势与以上段落中所描述的相同，但是由于单元模块在其ac侧提供零或接近于零的输出电压，所以单元模块将不会有助于电压源转换器的总输出电压。然而，由于开关损失被减小至绝对最小值，所以热极限将被最大程度地延迟。根据本发明的实施例，至少ー个単元模块进一歩包括旁通开关，其被配置为在从 控制单元接收到触发信号时旁通単元模块。随着第一和第二转换器単元之一的故障，仍然健康的转换器単元中的另ー个故障将会危害到整个电压源转换器的功能。为了避免电压源转换器的紧急停机，提供旁通开关以旁通负载电流并且因此确保电压源转换器可能继续操作。然而，该旁通开关可以是对操作速度等没有特殊要求的简单机械闭合开关，这归功于将为负载电流确保所维持电流路径的第二冗余转换器単元及其过载能力。一旦旁通开关已经闭合，则其将不会再次打开。机械旁通开关的优势在于低传导损失，然而可以使用诸如IGBT或MOSFET之类的半导体开关。根据本发明的实施例，控制单元包括故障检测单元，其被适配为检测转换器单元之一中故障的存在，并且该控制单元被配置为在检测到故障已经消失时，根据第一开关模式对阀门进行控制。故障检测单元将基于控制单元所包括的可用传感器所提供的信息来检测故障的存在。如果故障消失，则只要単元没有被旁通开关所旁通，控制单元就可能恢复第一开关模式。由于冗余単元模块的数量有限并且在操作中需要特定数量的单元模块来维持所期望的电压水平，所以这是有利的。根据本发明的实施例，控制单元被适配为在第一和第二转换器单元的任意ー个中已经检测到故障发生之后的特定时间生成到旁通开关的所述触发信号。通过仍然健康的转换器单元的负载电流将在故障发生之后增大并且因此温度也将升高。如果所述健康的转换器単元超出了其热极限，则仍然健康的转换器単元中也存在故障风险。另ー方面，出于以上所提到的原因尽可能长的延迟旁通开关的激活是有利的。一种实现这样的延迟的便利方式是通过在已经检测到故障出现之后的特定时间对旁通开关生成触发信号。根据本发明的实施例，控制单元被适配为在至少ー个单元模块的温度超出阈值时生成到旁通开关的所述触发信号。通过测量単元模块的温度，能够更为准确地确定旁通激活开关的最优延迟。根据本发明的实施例，电压源转换器包括故障检测单元，其进ー步包括被适配为持续监视跨第一和第二转换器単元中每ー个的dc电压的dc电压监视模块以及被适配为将跨第一和第二转换器単元的dc电压进行比较并且基于其检测转换器単元中的ー个的故障的故障检测模块。
跨第一和第二转换器単元中每ー个的dc电压在正常情况下相等。所述dc电压彼此的分岐指示在第一和第二转换器単元之一中已经发生了故障。所述故障检测模块使得能够更快地指示故障，这为控制单元给出了额外的时间以便进行分析和应对。然而，第一和第ニ转换器単元中所包括设备(阀门、dc链接电容器等)的额定电功率的公差可能为使得第一和第二转换器単元之一的dc电压与其它并联连接的转换器単元的dc电压不同以至足以指示故障。在一个实施例中，该问题由控制单元通过将针对第一和第二转换器単元之一的控制信号延迟达5 μ s以对所述公差进行补偿并且使得dc电压相等或至少接近相等而得以解決。由干与阀门的开关频率相关的非常短暂的延迟，第一和第二转换器単元可以被认为是被基本上同步控制的。“基本上同步控制”的表述意味着针对第一或第二转换器単元之一的控制信号在一些情况下可以出于以上所提到的原因而稍有延迟达最多5 μ S。根据本发明的实施例，所述至少ー个单元模块包括散热器，并且第一和第二转换器単元与散热器热连接。第一和第二转换器単元中的每ー个优选地安装在基板上，该基板进而安装在散热器的每ー侧上。散热器可利用水或强制空气进行冷却。对于两个转换器单元使用共用的散热器将会降低成本。
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根据本发明的实施例，散热器被配置为使用强制空气或去离子水作为冷媒。根据本发明的实施例，所述至少一个单元模块被提供以连接端子以便串联连接到下一个单元模块，并且第一和第二转换器単元中每ー个的ac侧包括处于转换器单元中并且连接在转换器単元的ac侧和单元模块的连接端子之间的电感器。出于电流控制和滤波的目的，在与电压源转换器串联的每个相中需要线路电感器。在该实施例中，每个转换器单元具有集成的分布式电感器，为了避免第一和第二转换器単元之间由于所述转换器単元的操作差异所导致的循环电流，其对于并联连接的转换器单元也是有益的。集成电感器优选地被设计为使得完全不需要公用线路电感器，这将降低成本。根据本发明的第二方面，本发明的目的通过如权利要求12所限定的用于电压源转换器中的单元模块的故障处理的方法而得以实现。用于电压源转换器中的単元模块的故障处理的方法，该电压源转换器具有串联连接的多个单元模块，每个单元模块包括具有ac侧和dc侧的转换器单元，其中至少ー个単元模块包括具有与第一转换器単元的ac侧并联连接的ac侧的第二冗余转换器単元，其特征在于方法步骤-对第一和第二转换器单元进行同步控制，-持续监视跨至少ー个単元模块的第一和第二转换器単元中每ー个的dc电压，-将跨第一和第二转换器単元的dc电压持续进行比较，并且-基于跨第一和第二转换器单元的dc电压之间的差异检测转换器单元之一中的故障。跨第一和第二转换器単元中的每ー个的dc电压在正常情况下相等。所述dc电压彼此的分岐指示在第一和第二转换器単元之一中已经发生了故障。该方法将跨第一和第二转换器単元的dc电压持续进行比较，并且基于跨第一和第二转换器単元的dc电压之间的差异检测转换器単元之一中的故障，使得能够更快地指示故障，这为控制单元给出了额外的时间以便进行分析和应对。
根据本发明的实施例，控制单元被配置为以短于5μ s的延迟对转换器単元之一进行控制，以便保持跨第一和第二转换器単元的dc电压相等或接近相等。根据本发明的实施例，第一和第二转换器单元中的每ー个包括多个电阀门，并且该方法进ー步包括方法步骤-在转换器単元的正常操作期间根据第一开关模式对阀门进行控制，并且-在检测到第一和第二转换器単元之一中的故障时根据第二开关模式对阀门进行控制，该第二开关模式具有低于第一开关模式的开关频率。由于开关损失将有所減少，所以转换器单元达到其热极限的时刻将被延迟。该额外的时间可以被控制単元用来识别已经发生了哪种类型的故障并且分析采取对策的可能性。根据本发明的实施例，第ニ开关模式被设计为对阀门进行控制以在第一和第二转·换器单元中的每ー个的ac侧提供零或接近零的输出电压。该实施例的优势与以上段落中所描述的相同，但是由于单元模块在其ac侧提供零或接近于零的输出电压，所以単元模块将不会对电压源转换器的总输出电压作出贡献。然而，由于开关损失被减小至绝对最小值，所以热极限将被最大程度地延迟。根据本发明的实施例，该方法进ー步包括方法步骤-检测转换器单元之一中故障的存在，并且在检测到故障已经消失时根据第一开关模式对阀门进行控制。故障可能是临时性质的，这将为恢复第一开关模式给予了机会。由于电压源转换器仅具有有限数量的冗余单元模块来替代故障単元模块，所以这是有利的。根据本发明的实施例，至少ー个単元模块进一歩包括旁通开关，其被配置为在接收到触发信号时旁通単元模块，并且该方法进ー步包括方法步骤-在第一和第二转换器単元的任意一个中已经检测到故障发生之后的特定时间生成到旁通开关的所述触发信号。通过仍然健康的转换器単元的负载电流将在故障发生之后增大并且因此温度也将升高。如果所述健康的转换器単元超出了其热极限，则仍然健康的转换器単元中也存在故障风险。另ー方面，出于以上所提到的原因尽可能长的延迟旁通开关的激活是有利的。一种实现这样的延迟的便利方式是通过在已经检测到故障出现之后的特定时间对旁通开关生成触发信号。根据本发明的实施例，至少ー个単元模块进一歩包括旁通开关，其被配置为在接收到触发信号时旁通単元模块，并且该方法进ー步包括方法步骤-在至少ー个単元模块的温度超出阈值时生成到旁通开关的所述触发信号。通过测量单元模块的温度，能够更为准确地确定旁通激活开关的最优延迟。
将參考附图通过示例对本发明进行更为全面的描述，其中图I示出了根据现有技术的单元模块的示意图；图2示出了根据现有技术的多级电压源转换器的一个相的示意图；图3示出了根据本发明实施例的电压源转换器的示意图；图4示出了根据本发明的用于电压源转换器的単元模块的第一示例的详细示图5示出了根据本发明的用于电压源转换器的単元模块的第二示例的详细示图；图6示出了根据本发明的用于电压源转换器的単元模块的第三示例的详细示图；以及图7示出了包括安装在散热器上的第一和第二转换器单元的单元模块。
具体实施例方式图3图示了根据本发明实施例的三相电压源转换器22以及该电压源转换器与之连接的高压输电线路和中压配电线路7。然而，本发明并不局限于具有三相的电压源转换器。电压源转换器22可以连接在三角形或Y形配置中。每个相包括串联连接的多个单元模块31和线路电感器8。出于电流控制和滤波的目的而需要线路电感器8。単元模块的数量有所变化并且可以多于ー百个。电压源转换器22进ー步包括控制单元，其被适配为对每个单元模块31的输出电压进行控制并且因此对作为每个串联的单元模块31的电压之和的电压源转换器的电压进行控制。控制单元包括主控制器70、多个单元控制器32以及多个阀 门控制器(图3中未示出)。主控制器70经由单元控制器32向阀门控制器发送控制信号以便对単元模块进行控制。単元模块31可以包括任意的単元模块15、16或17，这将在以下參考图4-6更为详细地进行描述。单元控制器32可以包括任意的单元控制器33、34，这也将在以下參考图4-6更为详细地进行描述。在图4中，图示了根据本发明的用于电压源转换器22的単元模块15的第一示例。如现有技木，每个单元模块15包括转换器単元6a_b，其包括以H桥配置与dc链接电容器组5a_b进行连接的多个电阀门la-4a，lb_4b。每个转换器单元6a_b进ー步包括阀门控制器lla-b，其被适配为从主控制器70接收控制信号，该主控制器70被配置为例如通过使用适当的脉冲宽度调制(PWM)技术在正常操作期间根据第一开关模式对阀门la-4a，lb_4b进行控制以便将转换器单元6a_b的dc侧上的dc电压转换为转换器单元6a_b的ac侧上的ac电压。在第一开关模式中，每个阀门la-4a，lb_4b在电压源转换器与之相连接的线路7的基本频率周期期间被开关多次。通过控制这样的基本频率周期内的开关时序，每个单元模块15提供了累加到电压源转换器22的总电压的所期望ac电压，该总电压是每个单元模块15的ac电压之和。単元模块15与现有技术的单元模块的不同之处在于単元模块15除了第一转换器単元6a之外还包括第二冗余转换器単元6b。通过将第一转换器単元6a的第一连接点IOa与第二转换器单元6b的第一连接点IOb相连接并且将第一转换器单元6a的第二连接点12a与第二转换器単元6b的第二连接点12b相连接而将第一和第二转换器単元6a_b的ac侧并联连接。转换器単元6a_b的ac侧的并联连接利用用于单元模块到串联连接中的下一个单元模块的连接的连接端子20、21来提供。可以将任意数量的单元模块串联连接以便与线路7的电压水平相匹配。在正常操作期间，通过单元模块的负载电流将分别均衡或接近均衡地在第一 6a和第二 6b转换器単元之间进行共享。主控制器70经由单元控制器33向每个单元模块15的阀门控制器lla_b发送控制信号。可替换地，该控制信号可以直接从主控制器70发送到阀门控制器lla-b。由第一和第二转换器単元的阀门控制器接收将对阀门进行控制以输出所期望的ac电压的相同控制信号。第一和第二转换器単元因此得以被同步地控制。因此，在第一和第二转换器単元6a-b之一中出现故障的情况下，其它并联连接的转换器单元将立刻取代之前流过故障转换器単元的负载电流。该解决方案将防止単元模块15中的高电压和极端能量发展。结果，故障单元模块将不会带来损害任何相邻设备或者危害到电压源转换器的继续操作的风险。如以上所提到的，阀门在转换器単元的正常操作期间根据第一开关模式进行控制。在一个实施例中，在检测到第一和第二转换器单元6a_b之一中的故障时，阀门la_4a，lb-4b根据第二开关模式进行控制，该第二开关模式具有低于第一开关模式的开关频率。通过根据第二控制模式对阀门la_4a, lb-4b进行控 制,减少了开关损失,这意味着转换器单元6a_b达到其热极限的时刻将被延迟。该额外的时间可以被控制単元用来识别已经发生了哪种类型的故障并且分析采取对策的可能性。故障也可能是临时性质的，并且使其消失将为恢复第一开关模式给予了机会。由于电压源转换器22仅具有有限数量的冗余单元模块来替代故障単元模块，所以这是有利的。在一个实施例中，第二开关模式被设计为对阀门la-4a，lb_4b进行控制以在第一和第二转换器単元6a_b中的每ー个的ac侧提供零或接近零的输出电压。零输出电压可以通过控制第一转换器単元6a和第二转换器単元6b的电阀门la_4a，lb_4b以使得正向偏移的电阀门la_4a, lb-4b开启来实现。例如，如果通过单元模块15的电流从连接端子20流至连接端子21，则转换器単元6a的电阀门Ia和4a以及转换器单元6b的电阀门2b和3b被开启。用于检测单元模块中的故障的故障检测单元可以在控制单元的不同等级实施。其中不同等级例如意味着主控制器70，单元控制器33、34以及阀门控制器lla-b，主控制器70位于顶部等级，而阀门控制器lla-b位于控制単元的底部等级。故障检测单元例如可以在主控制器70中实施，并且可以基于阀门la_4a，lb_4b和/或转换器単元6a_b中的可用传感器所提供的信息来检测故障并且将其发送至主控制器70以进行评估。可替换地或除此之外，故障检测单元可以在单元控制器33、34中或者在阀门控制器lla-b中实施。在ー个实施例中，阀门控制器lla-b中的dc电压监视模块被适配为持续监视跨第一转换器単元6a和第二转换器単元6b中每ー个的dc电压并且将dc电压的信息发送至单元控制器33、34中的故障检测模块，该故障检测模块被适配为将所述dc电压进行比较并且基于其检测转换器单元6a_b之一中的故障。该dc电压监视模块还可以在控制单元的其它部分中实施。跨第一和第二转换器单元中每ー个的dc电压在正常情况下是相等的。所述dc电压彼此的分岐指示在第一和第二转换器単元之一中已经发生了故障。所述故障检测模块使得能够更快地指示故障，这为控制单元给出了额外的时间以便进行分析和应对。然而，第一和第二转换器単元中所包括设备(阀门la-4a，lb-4b、dc链接电容器5a_b等)的额定电功率的公差可能为使得第一和第二转换器単元6a_b之一的dc电压与其它并联连接的转换器単元6a_b的dc电压不同到足以指示故障。在一个实施例中，该问题由控制单元通过将针对第一和第二转换器単元6a_b之一的控制信号延迟达5 μ s以对所述公差进行补偿并且使得dc电压相等或至少接近相等而得以解決。由干与阀门的开关频率相关的非常短暂的延迟，第一和第二转换器単元6a_b可以被认为是被基本上同步控制的。“基本上同步控制”的表述意味着针对第一或第二转换器単元之一的控制信号在一些情况下可以出于以上所提到的原因而稍有延迟达最多5 μ S。
在图5中，图示了用于根据本发明的电压源转换器的単元模块16的另ー个示例。贯穿附图对相同或相对应的部分使用相同的附图标记。単元模块16与単元模块15的不同之处在于其进ー步包括旁通开关18，其被配置为在从控制单元接收到触发信号时旁通単元模块16。该触发信号可以从主控制器70 (未示出)或者经由单元控制器34发送。作为第一或第二转换器单元6a_b中故障的结果，仍然健康的转换器单元中的第ニ故障将会危害到整个电压源转换器22的功能。提供旁通开关18以安全地旁通负载电流并且因此确保电压源转换器22能继续操作。该旁通开关18可以是对操作速度等没有特殊要求的简单机械闭合开关，这归功于第二冗余转换器単元及其过载电容。一旦旁通开关18已经闭合，则其将不会再次打开。机械旁通开关18的优势在于低传导损失，然而可以使用诸如IGBT或MOSFET之类的半导体开关。
控制单元并不必在发生故障之后立即生成触发信号。另ー种可能是在第一和第二转换器単元6a_b的任意ー个中已经检测到故障发生之后的特定时间对旁通开关18生成所述触发信号。由于故障可能是临时的，所以尽可能长的延迟旁通开关18的激活是有利的，这将为控制单元给予恢复第一开关模式的机会。由于电压源转换器22仅具有有限数量的冗余単元模块16以替代故障単元模块16，所以这是有利的。一种实现这样的延迟的便利方式是通过在已经检测到故障出现之后的特定时间对旁通开关生成触发信号另ー种可能是在单元模块16的温度超出阈值时对旁通开关18生成所述触发信号。通过测量単元模块的温度，能够更为准确地确定旁通开关18的最优延迟。基于阀门la_4a，lb-4b和/或转换器単元6a_b中的可用温度传感器所提供的信息，触发信号经由单元控制器34从主控制器70发送，或者直接从主控制器70发送。在图6中，图示了用于根据本发明的电压源转换器的単元模块17的另ー个示例。単元模块17与単元模块15的不同之处在于其进ー步被提供以处于每个转换器单元30a-b中并且连接在姆个转换器单元30a_b的ac侧的第一连接点10a_b和单元模块17的连接端子20之间的电感器19a-b。可替换地，每个电感器19a-b连接在每个转换器单元30a_b的ac侧的第二连接点12a_b和单元模块17的连接端子21之间。出于电流限制和滤波的目的，在与单元模块15-17串联的每个相中需要线路电感器19a_b。在该实施例中，每个转换器单元30a_b具有分布式电感器。为了避免第一和第ニ转换器単元30a_b之间由于所述转换器単元30a_b的操作差异所导致的循环电流，这也是有益的。电感器19a_b优选地被设计为使得完全不需要公用线路电感器，这将降低成本。电感器可以被集成在第一和第二转换器単元中的每ー个中，或者可替换地，可以被置于第一和第二转换器単元的附近。图7示出了単元模块23以及与第一和第二转换器単元60a_b热连接的散热器62的示意图的示例。在图7所示的单元模块中，第一和第二转换器单元中的每ー个被安装在基板61a_b上,该基板61a_b进而安装在散热器62的姆ー侧上。散热器62可利用流过散热器中的孔洞63的水或强制空气进行冷却。转换器単元60a-b可以包括任意的转换器单元6ab、30a_b。可替换地，第一和第二转换器単元中的每ー个具有它们与之热连接的散热器。
权利要求
1.一种电压源转换器，具有串联连接的多个单元模块，每个单元模块包括具有ac侧和dc侧的转换器单元，并且该电压源转换器包括被适配以控制转换器单元的控制单元，其特征在于至少一个单元模块包括具有与第一转换器单元的ac侧并联连接的ac侧的第二冗余转换器单元和该控制单元被配置为对第一和第二转换器单元基本上同步地进行控制。
2.根据权利要求I的电压源转换器，其中第一和第二转换器单元中的每一个包括多个电阀门，并且控制单元被配置为在转换器单元的正常操作期间根据第一开关模式对阀门进行控制，以及在检测到第一和第二转换器单元之一中的故障时根据第二开关模式对阀门进行控制，该第二开关模式具有低于第一开关模式的开关频率。
3.根据权利要求2的电压源转换器，其中第二开关模式被设计为对阀门进行控制以在第一和第二转换器单元中的每一个的ac侧提供零或接近零的输出电压。
4.根据之前任一项权利要求的电压源转换器，其中至少一个单元模块进一步包括旁通开关，其被配置为在从控制单元接收到触发信号时旁通单元模块。
5.根据之前任一项权利要求的电压源转换器，其中控制单元包括故障检测单元，其被适配为检测转换器单元之一中故障的存在，并且该控制单元被配置为在检测到故障已经消失时，根据第一开关模式对阀门进行控制。
6.根据权利要求4和5的电压源转换器，其中控制单元被适配为在第一和第二转换器单元的任意一个中已经检测到故障发生之后的特定时间生成到旁通开关的所述触发信号。
7.根据权利要求4和5的电压源转换器，其中控制单元被适配为在至少一个单元模块的温度超出阈值时生成到旁通开关的所述触发信号。
8.根据之前任一项权利要求的电压源转换器，其中电压源转换器包括被适配为持续监视跨第一和第二转换器单元中每一个的dc电压的dc电压监视模块以及被适配为将跨第一和第二转换器单元的dc电压进行比较并且基于其检测转换器单元中的一个的故障的故障检测模块。
9.根据之前任一项权利要求的电压源转换器，其中所述至少一个单元模块包括散热器，并且第一和第二转换器单元与散热器热连接。
10.根据权利要求9的电压源转换器，其中散热器被配置为使用强制空气或去离子水作为冷媒。
11.根据之前任一项权利要求的电压源转换器，其中所述至少一个单元模块被提供以连接端子以便串联连接到下一个单元模块，并且第一和第二转换器单元中每一个的ac侧包括处于转换器单元中并且连接在转换器单元的ac侧和单元模块的连接端子之间的电感器。
12.一种用于电压源转换器中的单元模块的故障处理的方法，该电压源转换器具有串联连接的多个单元模块，每个单元模块包括具有ac侧和dc侧的转换器单元，其中至少一个单元模块包括具有与第一转换器单元的ac侧并联连接的ac侧的第二冗余转换器单元，其中该方法的特征在于 -对第一和第二转换器单元进行基本上同步控制， -持续监视跨至少一个单元模块的第一和第二转换器单元中每一个的dc电压， -将跨第一和第二转换器单元的dc电压持续进行比较，并且 -基于跨第一和第二转换器单元的dc电压之间的差异检测转换器单元之一中的故障。
13.根据权利要求12的方法，其中控制单元被配置为以短于5μ s的延迟对转换器单元之一进行控制，以便保持跨第一和第二转换器单元的dc电压相等或接近相等。
14.根据权利要求12或13的方法，其中第一和第二转换器单元中的每一个包括多个电阀门，并且该方法包括 -在转换器单元的正常操作期间根据第一开关模式对阀门进行控制，并且 -在检测到第一和第二转换器单元之一中的故障时根据第二开关模式对阀门进行控制，该第二开关模式具有低于第一开关模式的开关频率。
15.根据权利要求14的方法，其中第二开关模式被设计为对阀门进行控制以在第一和第二转换器单元中的每一个的ac侧提供零或接近零的输出电压。
16.根据权利要求12-15中任一项的方法，其中该方法包括检测转换器单元之一中故障的存在，并且在检测到故障已经消失时根据第一开关模式对阀门进行控制。
17.根据权利要求12-16中任一项的方法，其中至少一个单元模块进一步包括旁通开关，其被配置为在接收到触发信号时旁通单元模块，并且该方法进一步包括在第一和第二转换器单元的任意一个中已经检测到故障发生之后的特定时间生成到旁通开关的所述触发信号。
18.根据权利要求12-16中任一项的方法，其中至少一个单元模块进一步包括旁通开关，其被配置为在接收到触发信号时旁通单元模块，并且该方法进一步包括在至少一个单元模块的温度超出阈值时生成到旁通开关的所述触发信号。
全文摘要
一种具有串联连接的多个单元模块(15，31)的电压源转换器(22)，每个单元模块(15，31)包括具有ac侧(Uac)和dc侧(Udc)的转换器单元(6a，6b)，并且该电压源转换器包括被适配以控制转换器单元的控制单元(33，70)，其中至少一个单元模块(15)包括具有与第一转换器单元的ac侧并联连接的ac侧的第二冗余转换器单元(6a，6b)和控制单元被配置为对第一和第二转换器单元基本上同步地进行控制。
文档编号H02J3/18GK102835018SQ201080065691
公开日2012年12月19日 申请日期2010年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者F·霍西尼, M·蒙吉 申请人:Abb技术有限公司