如当AC端子处的电压幅值已经降低到该电压阶跃电平以下时，可仅在部分的重叠时段期间提供由高压模块所提供的电压阶跃。例如，如果重叠时段是如下这种情况，即重叠时段起点处的AC端子上的电压为±0.5VDC但是由高压电容器所提供的电压阶跃为0.6VDe，那么仅当DC端子与AC端子处的电压之间的差值具有等于或大于0.6VDC的幅值，才能对高压电容器进行连接以提供0.6VDe的电压阶跃。
[0094]应当指出，根据本发明实施例的转换器具有涉及到高侧高压模块的高压电容器和/或低侧高压模块的高压电容器的多种重叠模式。图10示出了当相位肢的两个转换器臂均导通时的各种可能的重叠模式。在模式I中，高压电容器同时串联连接在相位肢的高侧转换器臂和低侧转换器臂上。模式2和模式3分别对应于高压电容器仅串联在低侧转换器臂和高侧转换器臂中的一者上的情形。模式4示出了针对相位肢而对高侧高压电容器和低侧高压电容器进行旁路的模式。
[0095]因此，通过直流电流的循环，可以保持并控制高侧高压电容器和低侧高压电容器上的电压，或者使得一个电容器独立于另一电容器。这些循环路径，特别是模式I中的循环路径，还能实现在重叠时段期间交流电流的循环，以及对自然的6次谐波直流纹波电流的有源滤波，这对于AAC型转换器而言是已知的。
[0096]对循环电流的DC分量和AC分量的控制可通过与肢反应器作用相反的每个转换器臂中的多个单元103所获得的电压波形来实现，这对于AAC型转换器而言是已知的。因此，本领域的技术人员能容易地通过对针对AAC型转换器的转换器臂的多个单元103的控制来提供所需的直流和/或交流循环电流，从而保持和控制本发明实施例中的高压电容器上的电压。
[0097]如上所述，高压模块的高压电容器可配置为执行用于针对转换器臂而保持大致等于相关的DC端子电压的电压，即幅值为VDe的电压。如果在正常操作期间将高压电容器连接到高侧DC端子和低侧DC端子上时，会注意到未连接到DC端子的电容器端子彼此间将具有大致相同的电压。换言之，在高压电容的这些端子之间可能没有实质的直流应力。这意味着，在使用中这些高压电容器可以用作DC直流滤波器结构一部分。
[0098]图11示出了根据本发明实施例的包括了作为直流滤波器的一部分的高压电容器的转换器1100。本实施例的转换器1100类似于图6所示的转换器600，但它包括直流滤波器。在本实施例中，转换器在高侧和低侧同时具有高压模块501，每个高压模块都具有高压电容器206。如上所述，在正常操作中，每个高压模块501中的至少一个第三开关元件601导通，从而将高压电容器连接到DC端子(分别为DC+或DC-)。由于在使用中每个高压电容器206保持幅值大致等于VDe的电压，因此高压电容器206的端子IlOla和IlOlb基本上没有直流电压应力。因此，在这些端子IlOla和IlOlb之间连接一个或多个滤波器组件。
[0099]在一个实施例中，滤波器组件包括电感器1102和电阻1103，从而与高压电容器206 —起来构成无源滤波器。该滤波器可例如被调谐来过滤特定的噪声分量，例如由转换器操作而自然产生的6次谐波直流线路电流。备选地，滤波器组件可以实现有源滤波器。例如，滤波器组件可包括多个全桥链式单元1104，其操作用于驱动所需的反相位交流电流以抵消直流线路中的任何交流电流。假定谐波电流是交流的，那么就没有高压电容器的净充电或净放电或者全桥链式链接。
[0100]应当指出，上述实施例是为了说明性目的而非限制本发明，并且在不脱离所附权利要求的范围本的情况下，领域技术人员将能够设计出许多备选实施例。词语“包括”并不排除那些未在权利要求中所列出的其他元件或步骤的存在，“一”或“该”并不排除多个，并且单个特征或其他单元可以实现权利要求中所记载的若干个单元的功能。权利要求中的任何附图标记不应解释为对其范围的限制。
【主权项】
1.一种具有至少一个相位肢的电压源转换器，其中每个相位肢包括将AC端子连接到高侧DC端子的高侧转换器臂以及将所述AC端子连接到低侧DC端子的低侧转换器臂，其中至少一个转换器臂包括: 第一多个单元，所述第一多个单元中的每个单元均包括能选择性地被串联连接在所述转换器臂中或被旁路的能量存储元件；和 与所述第一多个单元串联连接的高压模块，所述高压模块包括能选择性地被串联连接在所述转换器臂中或被旁路的至少一个能量储存元件， 其中，所述高压模块的额定电压大于所述第一多个单元中的任何单元的电压。2.根据权利要求1所述的电压源转换器，其中，所述高压模块的额定电压为使用时连接到所述转换器臂的DC端子的电压幅值的至少一半。3.根据权利要求1或2所述的电压源转换器，其中，所述高压模块包括至少一个第一开关元件，其用于选择性地提供对所述至少一个能量存储元件进行旁路的电路径，以及至少一个第二开关元件，其用于选择性地提供将所述至少一个能量存储元件串联连接在所述转换器臂中的电路径的。4.根据权利要求3所述的电压源转换器，其中，所述至少一个第二开关元件包括至少一个不可控开关元件。5.根据权利要求3或4所述的电压源转换器，其中，所述高压模块包括至少一个第三开关元件，其用于选择性地允许对所述至少一个能量存储元件进行旁路或连接以提供第一极性电压，以及至少一个第四开关元件，其用于选择性地允许对所述至少一个能量存储元件进行连接以提供与所述第一极性相反的第二极性电压的。6.根据权利要求5所述的电压源转换器，包括故障控制器，其配置为对所述第三开关元件和第四开关元件进行控制，以使得在正常操作下所述至少一个第三开关元件导通而所述至少一个第四开关元件截止，以及还使得响应于对直流故障的检测让所述第三开关元件截止而所述至少一个第四开关元件导通。7.根据上述权利要求中任一项所述的电压源转换器，其具有多个相位肢，在所述多个相位肢中每个转换器臂均包括单独的高压模块。8.根据权利要求1至6中任一项所述的电压源转换器，其具有多个相位肢，其中，高压模块连接到多个转换器臂上，以使得所述至少一个能量存储元件可串联连接到多于一个的转换器臂上。9.根据上述权利要求中任一项所述的电压源转换器，其包括转换器控制器，其中，所述控制器配置为按包括臂接通状态和臂关断状态的顺序对所述转换器臂控制，其中在所述臂接通状态下对所述第一多个单元进行选择性地控制以提供电压波形整形，并且在所述臂关断状态下对所述高压模块进行控制从而将所述至少一个能量存储元件与所述第一多个单元串联连接。10.根据权利要求9所述的电压源转换器，其中，所述转换器控制器配置为当所述转换器臂处于所述臂接通状态时对所述高压模块进行控制，从而旁路所述至少一个能量存储元件。11.根据权利要求9所述的电压源转换器，其中，所述转换器控制器配置为对所述高压模块进行控制，从而在所述转换器臂处于所述臂接通状态中的一部分时段期间，使得所述至少一个能量存储元件与所述第一多个单元串联连接。12.根据权利要求11所述的电压源转换器，其中，所述至少一个能量存储元件与所述第一多个单元串联连接的所述臂接通状态期间的时段对应于所述相位肢的两个转换器臂同时处于所述臂接通状态的时段。13.根据权利要求9至12中任一项所述的电压源转换器，还包括与所述高压模块串联的至少一个臂开关元件，其中所述转换器控制器配置为控制所述至少一个臂开关元件在转换器臂接通状态下导通，并且在转换器臂关断状态下截止。14.根据权利要求1至10中任一项所述的电压源转换器，其中，所述高压模块的额定电压大致等于使用时与所述转换器臂相连的DC端子的电压幅值。15.根据权利要求14所述的电压源转换器，其中，相位肢的每个转换器臂包括高压模块，并且其中所述高侧转换器臂的高压模块中的所述至少一个能量存储元件的低侧端子经由至少一个滤波器组件连接到所述低侧转换器臂的高压模块的所述至少一个能量存储元件的高压侧端子上。16.一种用于操作具有至少一个相位肢的电压源转换器的方法，其中，每个相位肢包括将AC端子连接到高侧DC端子的高侧转换器臂和将所述AC端子连接到低侧DC端子的低侧转换器臂，其中至少一个转换器臂包括: 第一多个单元，所述第一多个单元中的每个单元均包括能选择性地被串联连接在所述转换器臂中或被旁路的能量存储元件；所述方法包括: 在所述转换器臂的接通状态期间，选择性地切换所述第一多个单元的各单元以提供电压波形整形；并且 在所述转换器臂关断状态期间，将高压模块的至少一个能量存储元件与所述第一多个单元串联，其中所述高压模块的至少一个能量存储元件的电压大于所述第一多个单元的任何所述能量存储元件的电压。
【专利摘要】本申请涉及一种电压源转换器(VSC)，其例如用于高压直流配电中。VSC具有至少一个带有高侧转换器臂和低侧转换器臂的相位肢(102a-c)。转换器臂包括用于电压波形整形的第一多个单元(103)，其中每个单元包括可以选择性地被串联连接在转换器臂中或被旁路的能量存储元件(105)，例如电容器。转换器臂还具有与第一多个单元串联连接的高压模块(202；501)，所述高压模块包括可选择性地串联连接到转换器臂中或被旁路的至少一个能量存储元件(206)，例如高压电容器。高压模块(202,501)的额定电压(即，使用中所存储的电压)大于第一多个单元中的任何单元(103)的电压。在使用中，高压模块(202；501)相应保持比任何单元(103)大很多的电压，例如是转换器的DC端子的电压幅值的至少一半，并且该高压模块可由控制器(207)来控制从而在臂关断状态下提供电压阻断支持。
【IPC分类】H02J3/36
【公开号】CN105226697
【申请号】CN201510359335
【发明人】戴维·雷金纳德·特雷纳, 弗朗西斯科·莫雷诺
【申请人】阿尔斯通技术有限公司
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年6月25日
【公告号】EP2961057A1