控制电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种控制电路。
【背景技术】
[0002]在电力传输网络中，为了经由架空线和/或海底电缆进行传输，交流(AC)电力通常被转换为直流(DC)电力。这种转换免去对由传输线或电缆施加的AC电容性载荷效应进行补偿的需要，并且从而降低电线和/或电缆的每公里成本。当需要长距离传输电力时，从AC到DC的转换因而变得有成本效益。
[0003]为了减小施加到线路/电缆的暂态电压并且从而延长线路/电缆的寿命，可以通过稳定线路/电缆中的DC电压来提高电力传输的质量。另外，形成高度稳定的DC电压减小换能器误差，并且提高接收高度稳定DC电压的电压源变换器中的变换器控制动作的稳定性。此外，DC电压的稳定可以被用于去除或最小化在电压转换过程中固有产生的更高阶谐波形式的电压或电流波纹。
【发明内容】
[0004]根据本发明的一个方案，提供一种控制电路，包括:
[0005]第一端和第二端，用于分别连接至第一输电线和第二输电线；
[0006]电流传输路径，在所述第一端与第二端之间延伸，所述电流传输路径包括至少一个模块，所述或每个模块包括至少一个能量存储装置，所述电流传输路径包括至少一个互感器；
[0007]控制单元，在滤波模式中从所述电流传输路径选择性地去除所述或每个模块的所述或每个能量存储装置，以调制所述或每个互感器两端的电压以修改流过所述电流传输路径的电流且从而从所述输电线过滤掉一个或多个不需要的电流分量；以及
[0008]至少一个能量转换元件，其中在能量去除模式中所述控制单元从所述电流传输路径选择性地去除所述或每个模块的所述或每个能量存储装置，以使得电流从所述输电线通过所述电流传输路径流入所述或每个能量转换元件以从所述输电线去除能量。
[0009]所述或每个不想要的电流分量可以是例如谐波电流的形式。
[0010]在使用中，调制所述或每个互感器两端的电压修改流经所述或每个互感器的电流以及因此修改流经电流传输路径的电流。在滤波模式中控制单元的操作将流经电流传输路径的电流修改为米取一个或多个电流分量的形式，这将所述或每个电流分量的反相电流分量有效地注入输电线，使得控制电路抵消来自输电线的所述或每个电流分量。以这种方式，控制电路能够有源地从输电线过滤掉一个或多个电流分量，并且从而提高输电线电压的质量。
[0011]对于使用多个模块的实施例，在控制电路中包含多个模块允许产生大范围的电压波形以修改流经电流传输路径的电流，使得控制电路能够从输电线过滤掉不同电流分量。这是因为在滤波模式中流经电流传输路径的电流可以被修改为采取不同电流分量或包含多个电流分量的组合电压波形中的每个的形式。
[0012]所述或每个互感器的尺寸优选地与所述或每个模块和输电线的等级匹配，以便优化控制电路的有源滤波操作。
[0013]同时，如果必要的话，为了例如保护线路免于过电压且确保低压故障穿越，控制电路包括至少一个能量转换元件的配置允许控制电路被用作能量去除装置以从输电线去除过剩能量。这是因为在控制电路中包含所述或每个模块允许有源地修改在所述或每个能量转换元件中流动的电流以对应于从输电线去除的过剩能量。因此，控制电路能够在滤波模式和能量去除模式两者中操作，而无需使用额外的硬件，由此提供硬件体积和成本方面的节约。
[0014]另外，已经发现从电流传输路径选择性地去除所述或每个模块的所述或每个能量存储装置的能力以允许能量(即过剩电力)从输电线到控制电路的快速转移，并且由此能够进行能量传输线中能量水平的快速调节。这进而允许在相关电网络故障的情况下，控制电路快速响应调节输电线中的能量水平的要求。
[0015]可以理解地是，控制电路的滤波和能量去除模式中的电力需求可以是不同的。滤波模式中的控制电路通常从输电线吸取相对低的电流并且不与输电线交换真实电力(除了损耗)。能量去除模式中的控制电路通常吸取全部输电线电流并且与输电线交换真实电力。就这一点而言，控制电路优选地被设定为与滤波和能量去除模式中的电力需求相匹配。
[0016]可以理解地是，在本发明中提及的“输电线”既包括AC输电线也包括DC输电线。
[0017]单个控制电路可以被连接在一对AC或DC输电线之间。多个控制电路可以与多个AC或DC输电线互连。例如，多个控制电路可以以互连三个AC输电线的星形配置连接或者以互连三个AC输电线的三角形配置连接。
[0018]可以理解地是，被连接至AC输电线的控制电路的滤波和能量去除模式分别在操作上与被连接至DC输电线的控制电路的滤波和能量去除模式类似。
[0019]还可以理解地是，当控制电路被连接至AC输电线时，控制电路可以额外地被用于控制AC输电线中的无功功率。
[0020]在本发明的实施例中，至少一个模块还可以包括至少一个主开关元件，以选择性地引导电流通过所述或每个能量储存装置或使电流旁路所述或每个能量储存装置。这种方式的模块的结构允许其主开关元件由其能量存储装置而不是外部电源来供电，从而导致更紧凑的控制电路。
[0021 ] 所述或每个模块可以被配置为具有双向电流能力，即所述或每个模块可以被配置为能够在两个方向上传导电流，以提高其与控制电路的有源滤波操作的兼容性。作为示例，至少一个模块可以包括以半桥结构与能量存储装置并联连接的一对主开关元件，以限定能够提供零电压或正电压并且能够在两个方向上传导电流的2-象限单极模块。作为另一个示例，至少一个模块可以包括与能量存储装置并联连接的两对主开关元件，以限定能够提供零电压、正电压或负电压并且能够在两个方向上传导电流的4-象限双极模块。
[0022]这种模块提供从电流传输路径选择性地去除所述或每个模块的所述或每个能量存储装置的可靠手段。此外，这种模块在两个方向上传导电流的能力允许注入电力至输电线也允许从输电线吸收电力，并且从而提高控制电路的有源滤波操作的效率。
[0023]在控制电路中使用具有双向电压能力的模块能够使控制电路与LCC HVDC方案(其中当被传输电力的方向被反转时，DC电压的极性改变)结合。
[0024]可以以各种方式来配置控制电路使得其可以在滤波和能量去除模式中操作。例如，在本发明的实施例中，电流传输路径可以具有由第三端分隔开的第一电流传输路径部和第二电流传输路径部，第一电流传输路径部和第二电流传输路径部的任一或两者包括至少一个模块，
[0025]其中所述控制电路还包括:
[0026]辅助端，用于连接到地或者连接到所述第二输电线；
[0027]能量转换块，用于从所述输电线去除能量，所述能量转换块在所述第三端与辅助端之间延伸，使得所述能量转换块从所述电流传输路径分支，所述能量转换块包括至少一个能量转换元件；以及
[0028]控制单元，从所述电流传输路径选择性地去除所述或每个模块的所述或每个能量存储装置。
[0029]这种方式的控制电路的配置，即能量转换块相对于电流传输路径的布置允许在滤波模式中阻止或最小化在能量转换块中流动的任意电流，从而简化控制和提高控制电路的有源滤波操作的效率。当要求在能量去除模式中操作控制电路时，第一电流传输路径部和第二电流传输路径部中的任一或两者可以被配置为允许电流在能量转换块中流动以便使得从输电线去除能量。
[0030]控制电路将辅助端连接至第二输电线的配置允许能量转换块被连接至第二输电线而不是地，并且从而允许高电流在输电线而不是输电线的寄生电容循环。
[0031]第一电流传输路径部可以包括至少一个互感器和/或第二电流传输路径部可以包括至少一个互感器。
[0032]在利用使用能量转换块的实施例中，第一电流传输路径部包括至少一个第一模块，所述或每个第一模块包括至少一个能量存储装置。在这种实施例中，至少一个第一模块可以包括至少一个主开关元件以选择性地引导电流通过所述或每个第一能量存储装置或者使得电流旁路所述或每个第一能量存储装置。如上所述，以这种方式构造所述或每个第一模块允许其主开关元件由其能量存储装置而不是外部电源来供电，从而导致更紧凑的控制电路。
[0033]在利用使用能量转换块的其他实施例中，第二电流传输路径部可以包括至少一个主开关块，其是可切换的以选择性地允许或禁止第二传输路径部中电流的流动。
[0034]至少一个主开关块可以包括至少一个次开关元件。取决于第二电流传输路径部所需的电压额定值，第二电流传输路径部中的次开关元件的数量可以变化。
[0035]至少一个主开关块可以包括第二模块，第二模块包括至少一个第二能量储存装置。至少一个第二模块可以包括至少一个主开关元件，以选择性地引导电流通过所述或每个第二能量存储装置或使得电流旁路所述或每个第二能量储存装置。如上所述，这种方式的所述或每个第二模块的结构允许其主开关元件由能量存储装置而不是外部电源来供电，从而导致更紧凑的控制电路。
[0036]在利用使用能量转换块和至少一个主开关块的本发明的实施例中，在滤波模式中控制单元可以选择性地切换所述或每个主开关块，以允许电流流过第二电流传输路径部且从而旁路所述或每个能量转换元件。这导致在所述或每个能量转换元件中流动的任何电流被最小化。如前面提到的，在滤波模式中最小化在所述或每个能量转换元件中的电流简化了控制，且提高了控制电路的有源滤波操作的效率。
[0037]在将辅助端连接到第二输电线的本发明的实施例中，在滤波模式中，控制电路可以被配置为最小化在所述每个能量转换元件中流动的电流，如下所述。
[0038]当至少一个主开关块包括至少一个次开关元件时，在滤波模式中，控制单元可以选择性地将所述或每个第二次开关元件切换为导通状态，以允许电流流过第二电流传输路径部，且由此旁路所述或每个能量转换元件。
[0039]对于利用使用多个串联连接的次开关元件的本发明的实施例，可以通过连接与每个次开关元件并联的R-C电路来实现在串联连接的次开关元件中共享的静态电压。虽然在滤波模式中使用R-C电路通常会导致额外损耗，但是通过操作控制电路将多个串联连接的次开关元件两端的电压减小为零或接近零来最小化这些损耗的影响，因此导致更有效的控制电路。
[0040]当至少一个主开关块包括第二模块时，在滤波模式中，控制单元可以从第二电流传输路径部选择性地去除所述或每个第二能量存储装置，以允许电流流过第二电流传输路径部，且由此旁路所述或每个能量转换元件。
[0041]在将辅助端连接到第二输电线的本发明的实施例中，在能量去除模式中，控制电路可以被配置为阻止或最小化流过第二电流传输路径部的电流，以便增大流过电能转换块的电流并且从而提高控制电路从DC输电线去除能量的效率。更具体地，在能量去除模式中，控制单元可以选择性地切换所述或每个主开关块以阻止或最小化流过第二电流传输路径部的电流，并且从而使电流被引导至所述或每个能量转换元件。
[0042]当至少一个主开关块包括至少一个次开关元件时，在能量去除模式中，控制单元可以选择性地切换所述或每个次开关元件至关断状态，以阻止电流流过第二电流传输路径部，并且从而使电流被引导至所述或每个能量转换元件。
[0043]当至少一个主开关块包括第二模块时，在能量去除模式中，控制单元可以选择性地切换在第二电流传输路径部的所述或每个第二模块中的所述或每个主开关元件，以阻止或最小化流过第二电流传输路径部的电流并且从而使电流被引导到所述或每个能量转换元件。
[0044]对于利用使用至少一个第一模块和至少一个主开关块的本发明的实施例，在滤波模式与能量去除模式之间控制电路的过渡期间，第一电流传输路径部调制电压和电流的能力允许在零电压和/或零电流条件下软切换第二电流传输路径部的所述或每个主开关块，由此最小化开关损耗。
[0045]将辅助端连接到第二输电线的控制电路的配置和其操作导致第二电流传输路径部在滤波模式中传导成比例地小于在