多级功率转换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开的实施例涉及功率转换系统，以及更具体来说，涉及多级功率转换系统。
【背景技术】
[0002]存在对通过长距离向远程位置输送电力的增长需要。交流(AC)传输系统对于通过长距离传送高压电力被认为是低效的，因为AC传输电缆的电抗降低AC电缆的载荷能力。高压直流(HVDC)传输提供通过长距离传送高压电力的更有效方式。
[0003]在HVDC传输中，功率转换器常常在传送变电站用来将AC电力转换成直流(DC)电力，并且在接收变电站将所传送DC电力又转换成AC电力。一个或多个DC故障状况常常在功率转换器的操作期间发生。例如，DC故障状况可包括DC短路。DC故障状况引起功率转换器的DC侧的瞬态电流过冲，其又可引起功率转换器的AC侧的电流过冲。具有较大额定功率的组件用于当前可用功率转换器中，以克服这类DC故障。但是，这些组件对HVDC传输系统增加不合需要的成本。
[0004]此外，在DC故障的情况下，功率转换器配置成关机，以及一旦在HVDC传输系统中清除故障则重启其操作。操作的这种暂时挂起导致HVDC传输系统中的级联效应，并且可引起HVDC传输系统崩溃。
[0005]各种方式已经用来向功率转换器提供DC故障跨越(ride-through)能力。DC故障跨越能力使功率转换器能够克服DC故障，而无需关闭功率转换器。然而，上述方式的使用要求使用增加数量的组件、更高成本、更高复杂度和更低效率。
【发明内容】
[0006]按照本公开的一个方面，提供一种包括一个或多个转换器臂的功率转换器。各转换器臂包括第一串，其包括相互串联耦合的多个开关。一个或多个转换器臂还包括第二串，其在第一结点和第二结点按照并联配置在操作上耦合到第一串，其中第二串包括多个开关单元，并且一个或多个转换器臂的一个转换器臂的第二串在操作上耦合到与一个或多个转换器臂中的其他转换器臂对应的第二串。
[0007]按照本公开的另一方面，提供一种用于功率转换的方法。该方法包括有选择地开/关功率转换器的至少一个转换器臂中的多个开关。该方法还包括单独控制功率转换器的至少一个转换器臂中的多个开关单元。此外，该方法包括对相应开关单元中的能量储存元件进行充电或放电。此外，该方法包括多个开关单元的一个或多个线路参数，使得一个或多个线路参数在故障状况期间达到零值。该方法还包括通过控制转换器臂中的直流来操作至少一个转换器臂，以便提供直流故障跨越能力。
[0008]技术方案1:一种功率转换器，包括:
一个或多个转换器臂，其中各转换器臂包括:
第一串，包括相互串联耦合的多个开关；以及
第二串，在第一结点和第二结点按照并联配置在操作上耦合到所述第一串，其中所述第二串包括多个开关单元，并且所述一个或多个转换器臂的一个转换器臂的第二串在操作上耦合到与所述一个或多个转换器臂中的其他转换器臂对应的第二串。
[0009]技术方案2:如技术方案1所述的功率转换器，其中，所述功率转换器包括三相功率转换器。
[0010]技术方案3:如技术方案2所述的功率转换器，其中，所述三相功率转换器包括与三相系统的每相对应的三个转换器臂。
[0011]技术方案4:如技术方案1所述的功率转换器，其中，所述一个或多个转换器臂按照并联配置相互耦合。
[0012]技术方案5:如技术方案1所述的功率转换器，其中，所述多个开关包括部分可控半导体开关、完全可控半导体开关或者其组合。
[0013]技术方案6:如技术方案1所述的功率转换器，其中，所述多个开关单元包括半桥配置、全桥配置或者其组合。
[0014]技术方案7:如技术方案1所述的功率转换器，其中，所述多个开关单元的每个包括多个开关元件和一个能量储存元件。
[0015]技术方案8:如技术方案7所述的功率转换器，其中，所述多个开关元件包括绝缘栅双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、场效应晶体管、门极关断晶闸管、绝缘门极换向晶闸管、注入增强栅晶体管、碳化硅基开关、氮化镓基开关、砷化镓基开关或者其组入口 ο
[0016]技术方案9:如技术方案1所述的功率转换器，其中，所述一个或多个转换器臂的各第一串在相应第一串结点在操作上耦合到交流母线。
[0017]技术方案10:如技术方案1所述的功率转换器，其中，所述功率转换器配置成提供直流故障跨越能力。
[0018]技术方案11:一种用于功率转换的方法，包括:
有选择地开/关功率转换器的至少一个转换器臂中的多个开关；
单独控制所述功率转换器的所述至少一个转换器臂中的多个开关单元；
对相应开关单元中的能量储存元件进行充电或放电；
调节所述多个开关单元的一个或多个线路参数，使得所述一个或多个线路参数在故障状况期间达到零值；以及
通过控制所述转换器臂中的直流来操作所述至少一个转换器臂，以便提供直流故障跨越能力。
[0019]技术方案12:如技术方案11所述的方法，其中，有选择地开/关所述多个开关包括基于交流周期中的相位的位置有选择地开/关所述多个开关。
[0020]技术方案13:如技术方案12所述的方法，其中，单独控制所述至少一个转换器臂中的所述多个开关单元包括基于与所述交流周期中的所述至少一个转换器臂对应的所述相位的位置单独控制所述至少一个转换器臂中的所述多个开关单元的每个，以提供正电压或负电压。
[0021]技术方案14:如技术方案11所述的方法，其中，对所述相应开关单元中的所述能量储存元件进行充电或放电包括将所述多个开关单元耦合到所述功率转换器的直流侧。
[0022]技术方案15:如技术方案11所述的方法，其中，对所述相应开关单元中的所述能量储存元件进行充电或放电包括将所述多个开关单元耦合到所述功率转换器的交流侧，以提供交流电压。
[0023]技术方案16:如技术方案11所述的方法，其中，单独控制所述多个开关单元包括单独操作所述功率转换器的交流侧和直流侧，以提供直流故障跨越能力。
[0024]技术方案17:如技术方案11所述的方法，其中，调节所述多个开关单元的所述一个或多个线路参数包括调节耦合到所述功率转换器的直流侧的所述多个开关单元的所述一个或多个线路参数，并且调节操作上耦合到所述功率转换器的交流侧的所述多个开关单元的所述一个或多个线路参数。
[0025]技术方案18:如技术方案17所述的方法，其中，调节耦合到所述直流侧的所述多个开关单元的所述一个或多个线路参数包括使耦合到所述直流侧的所述多个开关单元的一个或多个旁路。
[0026]技术方案19:如技术方案11所述的方法，其中，调节所述一个或多个线路参数包括调节电流、电压、功率或者其组合。
[0027]技术方案20:如技术方案11所述的方法，其中，通过控制所述直流来操作所述至少一个转换器臂包括操作所述至少一个转换器臂，而没有在直流侧与直流侧之间传递电力。
【附图说明】
[0028]通过参照附图阅读以下详细描述，将会更好地了解本发明的这些及其他特征、方面和优点，附图中，相似标号在附图中通篇表示相似部件，附图包括:
图1是按照本公开的方面、配置成提供直流故障跨越能力的示范功率转换器的示意表示;
图2(a)是按照本公开的方面、供图1的功率转换器中使用的开关单元的示意表示；
图2(b)是按照本公开的方面、供图1的功率转换器中使用的开关单元的一备选实施例的示意表示；
图3(a)和图3(b)是按照本公开的方面、表示供图1的功率转换器中使用的第一配置的转换器臂的电路的图解表示；
图4(a)和图4(b)是按照本公开的方面、表示供图1的功率转换器中使用的第二配置的转换器臂的电路的图解表示；
图5是示出交流周期中的时间间隔T1期间的三个相位的位置的交流周期的图形表示;
图6是示出按照本公开的方面、与图5的交流周期中的时间间隔T1期间的三个相位的位置对应的一个或多个转换器臂的配置的功率转换器的图解表示；
图7是示出交流周期中的时间间隔T2期间的三个相位的位置的交流周期的图形表示;
图8是示出按照本公开的方面、与图7的交流周期中的时间间隔T2期间的三个相位的位置对应的一个或多个转换器臂的配置的功率转换器的图解表示；
图9是示出时间间隔T1与T2之间的过渡时间间隔期间的三个相位的位置的交流周期的图形表示； 图10是示出按照本公开的方面、图9的交流周期中的过渡时间间隔T期间的第一阶段中的一个或多个转换器臂的配置的功率转换器的图解表示；
图11是示出按照本公开的方面、图9的交流周期中的过渡时间间隔T期间的第二阶段中的一个或多个转换器臂的配置的功率转换器的图解表示；
图12是示出按照本公开的方面、图9的交流周期中的过渡时间间隔T期间的第三阶段中的一个或多个转换器臂的配置的功率转换器的图解表示；
图13是示出按照本公开的方面、在直流故障状况期间的一个或多个转换器臂的配置的功率转换器的图解表示；以及
图14是示出按照本公开的方面、提供直流故障跨越能力的用于功率转换的示范方法的流程图。
【具体实施方式】
[0029]除非另加说明，否则本文所使用的科技术语具有与本公开所属领域的技术人员普遍理解的相同的含意。本文所使用的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、量或