电力传输网络的制作方法
【专利摘要】一种电力传输网络(10)包括多个变换器(12a、12b、12c、12d)。每个变换器(12a、12b、12c、12d)包括第一和第二电端子(16、18)，每个第一电端子(16)可连接到电网(28a、28b、28c、28d)，每个第二电端子(18)操作性地连接到至少一个其它第二电端子(18)。至少一个变换器(12a、12b、12c、12d)被指定为第一变换器，至少一个变换器(12a、12b、12c、12d)被指定为第二变换器，至少一个其它变换器(12a、12b、12c、12d)被指定为第三变换器，所述或每个第一变换器包括第一控制器，所述或每个第一控制器被配置为选择性地操作所述或相应的第一变换器以对其第一或第二电端子(16、18)处的功率流进行调制，以及所述或每个第二变换器包括第二控制器，所述或每个第二控制器被配置为选择性地操作所述或相应的第二变换器以对其第二电端子(18)处的功率流进行调制，从而产生补偿功率以补偿通过所述或每个第一变换器对由功率流的调制导致的电力传输网络(10)内的电力不平衡，并因此禁止所述或每个第一变换器对功率流的调制改变所述或每个第三变换器中的功率流。
【专利说明】
电力传输网络
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种电力传输网络。
【背景技术】
[0002]在电力传输网络中，交流(AC)电力被变换为经由架空线路和/或海底电缆进行传输的直流(DC)电力。到DC电力的这种变换不需要补偿由电力传输介质(即传输线路或电缆)导致的AC电容性负载的影响，并降低了线路和/或电缆的每公里成本，当需要长距离传输电力时，该变换因而变得具有成本效益。变换器(诸如电压源变换器)在网络内提供在AC电力与DC电力之间所需的变换。
[0003]—种典型的此类电力传输网络包括多个变换器，每个变换器在一侧上连接到相应的AC电网且在另一侧上连接到DC电网，该DC电网将该变换器与其它变换器中的一个或多个互连。
【发明内容】
[0004]根据本发明的第一方案，提供一种电力传输网络，包括多个变换器，每个变换器包括第一电端子和第二电端子，每个第一电端子可连接到电网，每个第二电端子操作性地连接到至少一个其它第二电端子，
[0005]其中至少一个变换器被指定为第一变换器，至少一个变换器被指定为第二变换器，至少一个其它变换器被指定为第三变换器，所述或每个第一变换器包括第一控制器，所述或每个第一控制器被配置为选择性地操作所述或相应的第一变换器以对其第一电端子或第二电端子处的功率流进行调制，以及所述或每个第二变换器包括第二控制器，所述或每个第二控制器被配置为选择性地操作所述或相应的第二变换器以对其第二电端子处的功率流进行调制，从而产生补偿功率以补偿由所述或每个第一变换器对功率流的调制导致的所述电力传输网络内的电力不平衡，并因此禁止所述或每个第一变换器对功率流的调制改变所述或每个第三变换器中的功率流。
[0006]电力传输网络可以是DC电力传输网络，例如DC电力网或多端子DC电网。多端子DC电网可以包括多个DC端子，每个DC端子操作性地连接到至少一个其它DC端子，每个变换器的第二电端子连接到多个DC端子中的相应的一个。
[0007]应理解，电网可以是AC电网或DC电网。因此，每个变换器可以是AC-AC、AC-DC或DC-DC变换器。
[0008]取决于每个变换器(例如作为整流器或逆变器)的功能，每个变换器的第一电端子和第二电端子中的一个作为输入端子操作，而每个变换器的第一电端子和第二电端子中的另一个作为输出端子操作。应理解，每个变换器可以被操作为对其输入端子或输出端子(即，其第一电端子或第二电端子)处的功率流进行调制。
[0009]在电力传输网络包括所述或每个第二控制器允许在所述或每个第一变换器被操作为对其第一电端子或第二电端子处的功率流进行调制时，操作所述或每个第二变换器以产生补偿功率，从而恢复电力传输网络内的电力平衡。所述或每个第二变换器的这种操作无需使用所述或每个第三变换器(其既不是第一变换器也不是第二变换器)来帮助产生所需的补偿功率，因此能够禁止所述或每个第一变换器对功率流的调制改变所述或每个第三变换器中的功率流。这因此使得所述或每个第三变换器能够保持与相应的电网的电力交换，从而导致在所述或每个第一变换器对功率流进行调制期间，电力传输网络能够在其内以及在相关的电网中保持稳定的电力传输。
[0010]与此相反，在电力传输网络中省略所述或每个第二控制器意味着，当所述或每个第一变换器被操作为对其第一电端子或第二电端子处的功率流进行调制时，电力传输网络中的所有非第一变换器(包括所述或每个第三变换器)需要对其相应的第二电端子处的功率流进行调制，以便保持电力传输网络内的电力平衡。这因此导致每个非第一变换器中功率流的改变，从而改变在每个非第一变换器与相应的电网之间的电力交换。通过电力传输网络中的所有非第一变换器对功率流进行的这种调制不仅可以对电力传输网络和相关的电网中的电力传输的稳定性产生不利影响(特别地，如果，例如由于所述或所述相应的电网对一个或多个调制频率的敏感性，连接到非第一变换器中的一个或多个的所述或所述相应的电网没有被设计为应对所述或每个第三变换器中功率流的结果改变)，而且还在所述或每个第一变换器对功率流的调制经由一个或多个非第一变换器反映到所述或每个对应的电网的情况下，减弱或逆转对所述或每个对应的电网的净功率调制的影响。
[0011]此外，操作所述或每个第二变换器以传送电力以及对其第二电端子处的功率流进行调制以便产生补偿功率的能力使得无需在电力传输网络中使用额外的功率调制硬件(例如能量储存器件)。
[0012]此外，在电力传输网络中包括所述或每个第二控制器允许通过选择性地指定一个或多个变换器作为第二变换器来最优化电力传输网络。可以根据以下一个或多个要求将至少一个变换器指定为第二变换器，例如:
[0013].在给定频率下对应电网对功率流进行调制的敏感性；
[0014]?变换器额定值；
[0015]?变换器的当前操作点；
[0016].到所述或每个第一变换器的电气距离。
[0017]可以针对各种目的(诸如功率振荡衰减)，通过所述或每个第一变换器对其第一电端子或第二电端子处的功率流进行调制。
[0018]在本发明的实施例中，所述或每个第一控制器可以被配置为选择性地操作所述或所述相应的第一变换器以对其第一电端子或第二电端子处的功率流进行调制，从而衰减所述或所述相应的电网中的至少一个功率振荡。可以通过调制在其第一电端子或第二电端子处的功率流的幅值、频率和/或相位来实现这样的衰减。
[0019]电力系统由各种电力系统组件(诸如发电机、传输线路和负载)构成。因此，在各种电力系统组件之间存在多种可能的相互作用的模式。通常，电力系统被设计为在电力系统组件之间的给定相互作用的特定频率下衰减。然而，在某些情况下，在电力系统组件之间的相互作用可能不会衰减，因此导致电力系统中的功率振荡的积累。功率振荡是在电力系统的有源电力系统组件之间的有功功率的振荡交换。
[0020]功率振荡的频率取决于相互作用的模式。对于单独的发电机之间或者多组发电机之间的相互作用(即局部振荡，local oscillat1ns)，功率振荡的频率典型地处于IHz到2Hz的范围内。对于大面积电力系统之间的相互作用(即区间振荡)，功率振荡的频率典型地处于0.1Hz到IHz的范围内。对于单独的发电机与其它功率控制器件之间的相互作用(即次同步振荡)，功率振荡的频率典型地处于2Hz到50Hz或者2Hz到60Hz的范围内，取决于标称电力系统频率。其它功率控制器件可以是例如有源传输线路补偿器件。
[0021]如上所述，操作所述或每个第二变换器以产生补偿功率的能力不仅使得能够禁止用以衰减所述或所述相应的电网中的至少一个功率振荡的所述或每个第一变换器对功率流的任何调制改变所述或每个第三变换器中的功率流，而且还最大限度地减小了对可能对与功率振荡衰减相关的频率敏感的部分电力传输网络的影响。
[0022]在本发明的另外实施例中，至少两个变换器可以每个被指定为第二变换器。在这样的实施例中，每个第二控制器可以被配置为选择性地操作相应的第二变换器以对其第二电端子处的功率流进行调制，从而产生相应的部分补偿功率。共享在两个或多个第二变换器之间产生的补偿功率允许通过所述或每个第一变换器对功率流进行更高程度的调制。
[0023]在本发明的又另外实施例中，至少两个变换器每个可以既被指定为第一变换器又被指定为第二变换器。例如，一个第一变换器可作为相对于另一个第一变换器的第二变换器，反之亦然。
[0024]当需要通过至少两个第一变换器对功率流进行调制时，将至少两个变换器每个既指定为第一变换器又指定为第二变换器，这可以减小通过第一变换器对功率流进行调制对电力传输网络内的电力平衡的影响，同时减少对于分别连接到每个既被指定为第一变换器又被指定为第二变换器的变换器的电网的功率调制要求。
[0025]应理解，对于既被指定为第一变换器又被指定为第二变换器的变换器，第一控制器和第二控制器可以彼此分开，或者可以集成到组合控制器。
[0026]多个变换器的第一电端子可以被连接到相同的电网。具有可连接到相同的电网的第一电端子的所述多个变换器可以被指定为包括至少一个第一变换器和至少一个第二变换器。以这种方式配置电力传输网络不仅减小了通过所述或每个第一变换器对功率流进行调制对电力传输网络内的电力平衡的影响，而且还可以提高对对应电网的功率调制贡献和/或可以减少对于所述或每个第一变换器的功率调制要求。
[0027]至少一个第二变换器可以操作性地连接到一个能量储存器件或相应的能量储存器件。操作性地连接到所述或所述相应的能量储存器件的所述或每个第二变换器的第二控制器可以被配置为选择性地操作所述或所述相应的第二变换器以选择性地储存来自其第二电端子的能量或者将能量释放到其第二电端子，并因此对其第二电端子处的功率流进行调制，以便产生至少部分补偿功率。
[0028]能量储存器件可以被设计为在给定的频率范围内具有良好衰减的、时不变特性。因此，操作性地连接到所述或所述相应的能量储存器件以选择性地储存来自其第二电端子的能量或者将能量释放到其第二电端子并因此对其第二电端子处的功率流进行调制的所述或所述相应的第二变换器的操作还减小了通过所述或每个第一变换器对功率流进行调制对电力传输网络内的电力平衡的影响。
[0029]在本发明的实施例中，至少一个第一变换器的第一控制器可以被配置为将功率调制参考信号传送到至少一个第二变换器的第二控制器，以便通过第一变换器和第二变换器协调功率流的调制。例如，至少一个第一变换器的第一控制器可以被配置为经由电信链路将功率调制参考信号传送到至少一个第二变换器的第二控制器。
[0030]在本发明的另外实施例中，电力传输网络还可以包括功率调制参考信号控制器，被配置为处理电力传输网络的至少一个电气测量值(例如在电力传输网络的任何变换器的第一电端子和/或第二电端子和/或电力传输网络的任何其它电端子处的电气测量值)，以便产生用于操作所述或所述相应的第二变换器的功率调制参考信号。
[0031]在电力传输网络中包括功率调制参考信号控制器使得无需从第一控制器传输功率调制参考信号以使得所述或所述相应的第二变换器能够对其第二电端子处的功率流进行可靠地调制从而产生补偿功率。此外，如果电力传输网络的所述或每个电气测量值是第二变换器的本地电气测量值，则在电力传输网络中包括功率调制参考信号控制器使得无需将所述或每个电气测量值传输(例如经由电信链路)到第二变换器的第二控制器以使得第二变换器能够对其第二电端子处的功率流进行可靠地调制从而产生补偿功率。
[0032]所述或每个电气测量值可以是，但不限于，DC电压或电流或功率测量值、AC电压或电流或功率或相位角测量值、DC电压或电流或功率测量值的变化率、或者AC电压或电流或功率或相位角测量值的变化率。
[0033]在本发明的又另外实施例中，至少一个第二控制器可以与至少一个第一控制器协调调整，以便通过对应的第一变换器和第二变换器来协调功率流的调制。以这种方式调整至少一个第一控制器和至少一个第二控制器提高了通过对应的第一变换器和第二变换器对功率流进行调制的同步性，并因此提高了禁止所述或每个第一变换器对功率流的调制改变所述或每个第三变换器中的功率流。
[0034]应理解，当电力传输网络中采用多个第一控制器时，多个第一控制器中的每个可以不同于每个第一变换器或者可以形成组合控制器(例如用于电力传输网络的全局控制器)的一部分。类似地，应理解，当电力传输网络中采用多个第二控制器时，多个第二控制器中的每个可以不同于每个第二变换器或者可以形成组合控制器(例如用于电力传输网络的全局控制器)的一部分。
[0035]根据本发明的第二方案，提供一种控制电力传输网络的方法，所述电力传输网络包括多个变换器，每个变换器包括第一电端子和第二电端子，每个第一电端子可连接到电网，每个第二电端子操作性地连接到至少一个其它第二电端子，该方法包括以下步骤:
[0036](a)将至少一个变换器指定为第一变换器；
[0037](b)将至少一个变换器指定为第二变换器；
[0038](C)将至少一个其它变换器指定为第三变换器；
[0039](d)操作所述或相应的第一变换器以对其第一电端子或第二电端子处的功率流进行调制；以及
[0040](e)操作所述或所述相应的第二变换器以对其第二电端子处的功率流进行调制，从而产生补偿功率以补偿由所述或每个第一变换器对功率流的调制导致的所述电力传输网络内的电力不平衡，并因此禁止所述或每个第一变换器对功率流的调制改变所述或每个第三变换器中的功率流。
[0041]操作所述或每个第一变换器以对其第一电端子或第二电端子处的功率流进行调制的步骤可以包括操作所述或所述相应的第一变换器以对其第一电端子或第二电端子处的功率流进行调制，从而衰减所述或所述相应的电网中的至少一个功率振荡。
[0042]当电力传输网络包括至少两个第二变换器时，该方法还可以包括操作每个第二变换器以对其第二电端子处的功率流进行调制，从而产生相应的部分补偿功率的步骤。
[0043]该方法还可以包括将至少两个变换器每个既指定为第一变换器又指定为第二变换器的步骤。
[0044]当多个变换器的第一电端子可连接到相同的电网时，该方法可以包括将具有可连接到相同的电网的第一电端子的多个变换器指定为包括至少一个第一变换器和至少一个第二变换器的步骤。
[0045]当至少一个第二变换器操作性地连接到一个能量储存器件或相应的能量储存器件时，该方法可以包括操作操作性地连接到所述或所述相应的能量储存器件的所述或每个第二变换器以选择性地储存来自其第二电端子的能量或者将能量释放到其第二电端子，并因此对其第二电端子处的功率流进行调制以便产生至少部分补偿功率的步骤。
[0046]根据本发明的第二方案的方法的实施例共享与根据本发明的第一方案的电力传输网络的对应特征相同的优点。
【附图说明】
[0047]现将参照附图，通过非限制性示例的方式来描述本发明的优选实施例，在附图中:
[0048]图1以示意图的形式示出根据本发明的实施例的电力传输网络；
[0049]图2以示意图的形式示出形成图1的电力传输网络的一部分的变换器的结构；
[0050]图3以曲线图的形式示出当在t= I秒处第一变换器被操作为对100MW的功率流进行调制时，形成图1的电力传输网络的一部分的多个变换器的DC电力和DC电压；
[0051]图4以曲线图的形式示出当在t= l秒处第一变换器被操作为对100MW的功率流进行调制以及第二变换器被操作为对10Mff的功率流进行调制以便产生补偿功率时，形成图1的电力传输网络的一部分的多个变换器的DC电力和DC电压；以及
[0052]图5以曲线图的形式示出当在t= l秒处第一变换器被操作为对100MW的功率流进行调制以及第二变换器被操作为以20%到80%的比例产生相应的部分补偿功率时，形成图1的电力传输网络的一部分的多个变换器的DC电力和DC电压。
【具体实施方式】
[0053]图1示出根据本发明的实施例的电力传输网络10。
[0054]电力传输网络10包括多个变换器12a、12b、12c和12d以及多个DC端子14。
[0055]每个变换器12a、12b、12c和12d包括第一电端子16和第二电端子18以及多个变换器臂20，如图2所示。
[0056]每个变换器臂20在一对第二电端子18之间延伸。每个变换器臂20具有由相应的第一电端子16分隔开的第一臂部22和第二臂部24。
[0057]每个臂部22、24包括多个串联连接的开关元件26。每个开关元件26包括与无源电流逆止元件反向并联连接的有源开关器件。
[0058]每个有源开关器件为绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolartransistorJGBT)的形式。可以设想，在本发明的其它实施例中，每个IGBT可以由栅极可关断晶闸管、场效应晶体管、注入增强栅晶体管、集成门极换向晶闸管或任何其它自换向开关器件来替代。每个开关元件26中的有源开关器件的数量可以取决于该开关元件26所需的额定电压而变化。
[0059]每个无源电流逆止元件包括以二极管的形式的无源电流逆止器件。可以设想，在其它实施例中，每个二极管可以由能够限制电流仅在一个方向上流动的任何其它器件来替代。每个无源电流逆止元件中的无源电流逆止器件的数量可以取决于该无源电流逆止元件所需的额定电压而变化。
[0060]在使用中，每个变换器12a、12b、12c和12d的第一电端子16分别连接到相应的多相AC电网28a、28b、28c和28d的相应的相。每个变换器12&、12以12(3和12(1的第二电端子18连接到多个DC端子14的相应的一个。
[0061 ] 应理解，每个AC电网28a、28b、28c和28d可以与AC电网28a、28b、28c和28d互连或者彼此隔呙O
[0062]可以设想，在本发明的其它实施例中，每个第一电端子可以经由变压器和/或任何其它无源元件连接到相应的多相AC电网的相应的相。
[0063]电力传输网络10还包括多个传输链路29，用于互连多个DC端子14，并因此互连多个变换器12a、12b、12c和12d的第二电端子18。
[0064]每个变换器12a、12b、12c和12d包括控制器30。每个控制器30被配置为控制对应的开关元件26的切换，以便操作各个变换器12a、12b、12c和12d。
[0065]参照图1以及图3到图5，对电力传输网络10的操作进行如下描述。
[0066]变换器中的两个12a和12c作为逆变器操作以输出来自电力传输网络10的电力，而剩余的变换器12b和12d作为整流器操作以将电力输入到电力传输网络10中。通过由相应的控制器30控制对应的开关元件26来进行作为逆变器或整流器的每个变换器12a、12b、12c和12d的相应的操作。使用500MW的参考功率操作每个变换器12a、12b、12c和12d。在直接功率控制模式下操作一个变换器12a，以及在电压下降控制模式下操作剩余的变换器12b、12c和12d0
[0067]如前所述，由于AC电网28a、28b、28c和28d的各个电力系统组件之间的未衰减的相互作用，所以在AC电网28a、28b、28c和28d中可能出现功率振荡。
[0068]如果在连接到在直接功率控制模式下操作的变换器12a的AC电网28a中出现功率振荡，则在直接功率控制模式下操作的变换器12a被指定为第一变换器12a，并且其控制器30被配置为第一控制器30。第一控制器30被配置为选择性地操作第一变换器12a以对其第一电端子16或第二电端子18处的功率流进行调制，从而衰减对应的AC电网28a中的功率振荡。可以通过调制在其第一电端子16或第二电端子18处的功率流的幅值、频率和/或相位来实现这样的衰减。
[0069]通过第一变换器12a对其第一电端子16或第二电端子18处的功率流进行调制导致电力传输网络10内的电力不平衡。
[0070]图3以曲线图的形式示出当在t= I秒处第一变换器12a被操作为对10Mff的功率流进行调制时，多个变换器12&、1215、12(3和12(1的0(:电力323、3213、32(3和32(1以及0(:电压343、34b、34c和34d。
[0071]应理解，在图3到图5中，由附图标记“32a”和“34a”表示的DC电力和DC电压对应于由附图标记“12a”表示的变换器，由附图标记“32b”和“34b”表示的DC电力和DC电压对应于由附图标记“12b”表示的变换器，由附图标记“32c”和“34c”表示的DC电力和DC电压对应于由附图标记“12c”表示的变换器，由附图标记“32d”和“34d”表示的DC电力和DC电压对应于由附图标记“12d”表示的变换器。
[0072]从图3可以看出，电力传输网络10中的所有非第一变换器12b、12c和12d需要对其相应的第二电端子18处的功率流进行调制，以便保持电力传输网络10内的电力平衡。这因此导致每个非第一变换器12b、12c和12d中的功率流的改变，从而改变每个非第一变换器12b、12c和12d与相应的AC电网28b、28c和28d之间的电力交换。通过电力传输网络10中的所有非第一变换器12b、12c和12d对功率流进行的这种调制可能对电力传输网络10和相关的AC电网28b、28c和28d中的电力传输的稳定性产生不利影响(特别地，如果，例如由于相应的电网28b、28c和28d对一个或多个调制频率的敏感性，连接到一个或多个非第一变换器12b、12(:和12(1的相应的4(:电网2813、28(3和28(1没有被设计为应对对应的非第一变换器1213、12(3和12d中功率流的结果改变)。
[0073]提高电力传输网络10和相关的AC电网28a、28b、28c和28d中的电力传输的稳定性的一种方式是通过将非第一变换器12b、12c和12d中的一个指定为第二变换器12b以及将其它非第一变换器12c和12d指定为第三变换器12c和12d。第二变换器12b的控制器30被配置为第二控制器30。第二控制器30被配置为选择性地操作第二变换器12b以对其第二电端子18处的功率流进行调制，从而产生补偿功率以对由通过第一变换器12a对功率流进行调制导致的电力传输网络10内的电力不平衡进行补偿。
[0074]第一变换器12a的第一控制器30被配置为将功率调制参考信号传送到第二变换器12b的第二控制器30，以便通过第一变换器12a和第二变换器12b协调功率流的调制。由于与AC电网28a、28b、28c和28d相关的功率振荡的频率范围典型地处于赫兹等级，因此，第一控制器30被配置为经由电信链路将功率调制参考信号传送到第二控制器30。
[0075]图4以曲线图的形式示出当在t= I秒处第一变换器12a被操作为对10Mff的功率流进行调制以及第二变换器12b被操作为对10Mff的功率流进行调制以便产生补偿功率时，多个变换器 12&、1213、12(:和12(1的0(:电力323、3213、32(3和32(1以及0(:电压343、3413、34(3和34(1。
[0076]从图4可以看出，如上所述，操作第二变换器12b以产生补偿功率的能力不仅允许第一变换器12a容易地对功率流进行调制以衰减对应的AC电网28a中的功率振荡，而且还禁止第一变换器12a对功率流的调制改变每个第三变换器12c和12d中的功率流。这是因为，用于产生补偿功率的第二变换器12b的操作恢复了电力传输网络10内的电力平衡，并因此无需使用每个第三变换器12c和12d来帮助产生所需的补偿功率。因此，用于操作第二变换器12b以产生补偿功率的能力最大限度地减小了功率振荡衰减对邻近每个第三变换器12c和12d的部分电力传输网络10的影响以及对可能对与功率振荡衰减相关的频率敏感的其对应的AC电网28c和28d的影响。
[0077]提高电力传输网络10和相关的AC电网28a、28b、28c和28d中电力传输稳定性的另一种方式是通过将非第一变换器中的两个12b和12d指定为第二变换器12b和12d以及将其它非第一变换器12c指定为第三变换器12c。每个第二控制器30被配置为选择性地操作相应的第二变换器12b和12d以对其第二电端子18处的功率流进行调制，从而产生相应的部分补偿功率，以对由通过第一变换器12a对功率流进行调制导致的电力传输网络10内的电力不平衡进行补偿。
[0078]第一变换器12a的第一控制器30被配置为将功率调制参考信号以20%到80%的比例传送到第二变换器12b和12d的第二控制器30，以便通过第一变换器12a以及第二变换器12b和12d协调功率流的调制。
[0079]图5以曲线图的形式示出当在t= I秒处第一变换器12a被操作为对10Mff的功率流进行调制以及第二变换器12b和12d被操作为以20%到80%的比例产生相应的部分补偿功率时，多个变换器 12a、12b、12(^P12c^^DCi*32a、32b、32(^P32dW&DCiS34a、34b、34c和 34d。
[0080]从图5可以看出，如上所述，操作第二变换器12b和12d以产生补偿功率的能力不仅允许第一变换器12a容易地对功率流进行调制以衰减对应的AC电网28a中的功率振荡，而且还禁止第一变换器12a对功率流的调制改变第三变换器12c中的功率流。这是因为，用于产生补偿功率的第二变换器12b和12d的操作恢复了电力传输网络10内的电力平衡，并因此无需使用第三变换器12c来帮助产生所需的补偿功率。因此，用于操作第二变换器12b和12d以产生补偿功率的能力最大限度地减小了功率振荡衰减对邻近第三变换器12c的部分电力传输网络10的影响以及对可能对与功率振荡衰减相关的频率敏感的其对应的AC电网28c上的影响。共享在两个第二变换器12b和12d之间产生的补偿功率允许通过第一变换器12a在第二变换器12b和12d的额定值内对功率流进行更高程度的调制。
[0081]应理解，第二变换器12b和12d可以被操作为以不同于前述的20%到80%的比例产生相应的部分补偿功率。
[0082]因此，在电力传输网络中包括至少一个第二控制器30导致在通过第一变换器12a对功率流进行调制期间，电力传输网络1能够在其内以及在相关的AC电网28a、28b、28c和28d中保持稳定的电力传输。
[0083]此外，操作至少一个第二变换器12b和12d以传送电力以及对其第二电端子18处的功率流进行调制以便产生补偿功率的能力使得无需在电力传输网络10中使用额外的功率调制硬件(例如能量储存器件)。
[0084]此外，在电力传输网络10中包括至少一个第二控制器30允许通过选择性地指定一个或多个变换器12a、12b、12c和12d作为第二变换器的来最优化电力传输网络10。可以根据以下一个或多个要求将至少一个变换器12a、12b、12c和12d指定为第二变换器，例如:
[0085].在给定频率下对应AC电网28a、28b、28c、28d对功率流进行调制的敏感性；
[0086]?变换器额定值；
[0087].变换器12a、12b、12c和12d的当前操作点；
[0088].到第一变换器的电气距离。
[0089]可选地，多个变换器12a、12b、12c和12d中的至少两个每个可以既被指定为第一变换器又被指定为第二变换器。当相应的AC电网28a、28b、28c和28d具有不同的共振频率时，可以进行多个变换器12a、12b、12c和12d中至少两个的这种指定。
[0090]将至少两个变换器12a、12b、12c和12d每个既指定为第一变换器又指定为第二变换器可以减小通过第一变换器对功率流进行调制对电力传输网络10内的电力平衡的影响，同时减少对于分别连接到每个既被指定为第一变换器又被指定为第二变换器的变换器12a、12b、12c和12d的电网的功率调制要求。[0091 ]可以设想，在本发明的其它实施例中，至少一个第二变换器可以操作性地连接到一个能量储存器件或各个能量储存器件。操作性地连接到所述或所述相应的能量储存器件的所述或每个第二变换器的第二控制器可以被配置为选择性地操作所述或相应的第二变换器以选择性地储存来自其第二电端子的能量或者将能量释放到其第二电端子，并因此对其第二电端子处的功率流进行调制以便产生至少部分补偿功率。
[0092]与AC电网不同，能量储存器件可以被设计为在给定的频率范围内具有良好衰减的、时不变特性。因此，操作性地连接到所述或所述相应的能量储存器件以选择性地储存来自其第二电端子的能量或者将能量释放到其第二电端子并因此对其第二电端子处的功率流进行调制的所述或所述相应的第二变换器的操作还减小了通过所述或每个第一变换器对功率流进行调制对电力传输网络内的电力平衡的影响。
[0093]在本发明的又其它实施例中，可以设想，替代将功率调制参考信号从第一控制器传送到所述或每个第二控制器，电力传输网络可以包括功率调制参考信号控制器，被配置为处理电力传输网络的至少一个电气测量值(例如在电力传输网络的任何变换器的第一电端子和/或第二电端子和/或电力传输网络的任何其它电端子处的电气测量值)，以便产生用于操作所述或所述相应的第二变换器的功率调制参考信号。
[0094]在电力传输网络中包括功率调制参考信号控制器使得无需从第一控制器传输功率调制参考信号以使得所述或所述相应的第二变换器能够对其第二电端子处的功率流进行可靠地调制从而产生补偿功率。此外，如果电力传输网络的所述或每个电气测量值是第二变换器的本地电气测量值，则在电力传输网络中包括功率调制参考信号控制器使得无需将所述或每个电气测量值传输(例如经由电信链路)到第二变换器的第二控制器以使得第二变换器能够对其第二电端子处的功率流进行可靠地调制从而产生补偿功率。
[0095]所述或每个电气测量值可以是，但不限于，DC电压或电流或功率测量值、AC电压或电流或功率或相位角测量值、DC电压或电流或功率测量值的变化率、或者AC电压或电流或功率或相位角测量值的变化率。
[0096]优选地，至少一个第二控制器可以与第一控制器协调调整，以便通过对应的第一变换器和第二变换器来协调功率流的调制。以这种方式调整第一控制器和至少一个第二控制器提高了通过对应的第一变换器和第二变换器功率流进行调制的同步性，并因此提高了禁止第一变换器对功率流的调制改变所述或每个第三变换器中功率流。
[0097]虽然参照通过第一变换器12a对功率流进行调制以衰减AC电网28a中的功率振荡的使用，主要描述了图1所示的实施例，但是应理解，针对最优化通过第一变换器12a对功率流进行调制用于其它目的(诸如最优化功率流质量)，也可以实施图1的实施例的操作。
[0098]应理解，每个变换器12a、12b、12c和12d和电力传输网络10的性能仅被选择用于帮助说明本发明的操作，并且可以取决于相关的电力应用的要求而变化。
[0099]应理解，如上所述的将特定变换器12a、12b、12c和12d指定为第一变换器、第二变换器或第三变换器仅用于帮助说明本发明的操作，并且可以取决于相关的电力应用的要求将每个变换器12a、12b、12c和12d指定为第一变换器、第二变换器或第三变换器。
[0100]还应理解，每个变换器12a、12b、12c和12d和电力传输网络10的拓扑结构仅被选择用于帮助说明本发明的操作，并且每个变换器12a、12b、12c和12d和电力传输网络10可以分别由具有不同拓扑结构的另一个变换器和具有不同拓扑结构的另一个电力传输网络来替代。
[0101]例如，电力传输网络可以包括具有可连接到相同的AC电网的第一电端子的多个变换器。
[0102]当具有可连接到相同的AC电网的第一端子的多个变换器包括至少一个第一变换器时，如上所述，通过还形成具有可连接到相同AC电网的第一电端子的多个变换器的一部分的一个或多个非第一变换器，操作所述或每个第二变换器以产生补偿功率的能力最大限度地减小了通过所述或每个第一变换器功率流的调制对AC电网的任何反映，从而防止净衰减的减弱或逆转对AC电网的影响。
[0103]具有可连接到相同的AC电网的第一电端子的多个变换器可以被指定为包括至少一个第一变换器和至少一个第二变换器。以这种方式配置电力传输网络不仅减小了通过所述或每个第一变换器对功率流进行调制对电力传输网络内电力平衡的影响，而且还可以提高对对应的电网的功率调制贡献和/或可以减小对于给定的功率振荡衰减性能对于所述或每个第一变换器的功率调制要求。
[0104]可以设想，在本发明的其它实施例中，每个变换器的电端子和开关元件可以被重新布置为将变换器配置为AC-AC或DC-DC变换器。
[0105]每个变换器中的变换器臂的数量可以取决于每个变换器所连接的相应AC电网中相的数量而变化。
【主权项】
1.一种电力传输网络，包括多个变换器，每个变换器包括第一电端子和第二电端子，每个第一电端子能够连接到电网，每个第二电端子操作性地连接到至少一个其它第二电端子， 其中至少一个变换器被指定为第一变换器，至少一个变换器被指定为第二变换器，至少一个其它变换器被指定为第三变换器，所述或每个第一变换器包括第一控制器，所述或每个第一控制器被配置为选择性地操作所述或相应的第一变换器以对其第一电端子或第二电端子处的功率流进行调制，以及所述或每个第二变换器包括第二控制器，所述或每个第二控制器被配置为选择性地操作所述或相应的第二变换器以对其第二电端子处的功率流进行调制，从而产生补偿功率以补偿由所述或每个第一变换器对功率流的调制导致的所述电力传输网络内的电力不平衡，并因此禁止所述或每个第一变换器对功率流的调制改变所述或每个第三变换器中的功率流。2.根据任一前述权利要求所述的电力传输网络，其中所述或每个第一控制器被配置为选择性地操作所述或所述相应的第一变换器以对其第一电端子或第二电端子处的功率流进行调制，从而衰减所述或所述相应的电网中的至少一个功率振荡。3.根据任一前述权利要求所述的电力传输网络，其中至少两个变换器每个被指定为第二变换器，并且每个第二控制器被配置为选择性地操作相应的第二变换器以对其第二电端子处的功率流进行调制，从而产生相应的部分补偿功率。4.根据任一前述权利要求所述的电力传输网络，其中至少两个变换器每个既被指定为第一变换器又被指定为第二变换器。5.根据任一前述权利要求所述的电力传输网络，其中多个变换器的第一电端子能够连接到相同的电网，并且具有能够连接到相同的电网的第一电端子的所述多个变换器被指定为包括至少一个第一变换器和至少一个第二变换器。6.根据任一前述权利要求所述的电力传输网络，其中至少一个第二变换器操作性地连接到一个能量储存器件或相应的能量储存器件，并且操作性地连接到所述或所述相应的能量储存器件的所述或每个第二变换器的所述第二控制器被配置为选择性地操作所述或相应的第二变换器以选择性地储存来自其第二电端子的能量或者将能量释放到其第二电端子，并因此对其第二电端子处的功率流进行调制以便产生至少部分补偿功率。7.根据任一前述权利要求所述的电力传输网络，其中至少一个第一变换的第一控制器被配置为将功率调制参考信号传送到至少一个第二变换器的第二控制器，以便通过所述第一变换器和所述第二变换器协调功率流的调制。8.根据任一前述权利要求所述的电力传输网络，还包括功率参考调制信号控制器，被配置为处理所述电力传输网络的至少一个电气测量值，以便产生用于操作所述或相应的第二变换器的功率调制参考信号。9.根据任一前述权利要求所述的电力传输网络，其中至少一个第二控制器与至少一个第一控制器协调调整，以便通过对应的第一变换器和第二变换器协调功率流的调制。10.—种控制电力传输网络的方法，所述电力传输网络包括多个变换器，每个变换器包括第一电端子和第二电端子，每个第一电端子能够连接到电网，每个第二电端子操作性地连接到至少一个其它第二电端子，所述方法包括以下步骤: (a)将至少一个变换器指定为第一变换器； (b)将至少一个变换器指定为第二变换器； (c)将至少一个其它变换器指定为第三变换器； (d)操作所述或相应的第一变换器以对其第一电端子或第二电端子处的功率流进行调制；以及 (e)操作所述或相应的第二变换器以对其第二电端子处的功率流进行调制，从而产生补偿功率以补偿由所述或每个第一变换器对功率流的调制导致的所述电力传输网络内的电力不平衡，并因此禁止所述或每个第一变换器对功率流的调制改变所述或每个第三变换器中的功率流。11.根据权利要求10所述的方法，其中操作所述或每个第一变换器以对其第一电端子或第二电端子处的功率流进行调制的步骤包括操作所述或所述相应的第一变换器以对其第一电端子或第二电端子处的功率流进行调制，从而衰减所述或所述相应的电网中的至少一个功率振荡。12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述电力传输网络包括至少两个第二变换器，所述方法还包括操作所述第二变换器中的每个以对其第二电端子处的功率流进行调制，从而产生相应的部分补偿功率的步骤。13.根据权利要求10到12中任一项所述的方法，还包括将至少两个变换器每个既指定为第一变换器又指定为第二变换器的步骤。14.根据权利要求10到13中任一项所述的方法，其中多个变换器的第一电端子能够连接到相同的电网，所述方法包括将具有能够连接到相同的电网的第一电端子的所述多个变换器指定为包括至少一个第一变换器和至少一个第二变换器的步骤。15.根据权利要求10到14中任一项所述的方法，其中至少一个第二变换器操作性地连接到一个能量储存器件或相应的能量储存器件，所述方法包括操作被操作性地连接到所述或所述相应的能量储存器件的所述或每个第二变换器以选择性地储存来自其第二电端子的能量或者将能量释放到其第二电端子，并因此对其第二电端子处的功率流进行调制以便产生至少部分补偿功率的步骤。
【文档编号】H02M7/757GK105849996SQ201480071409
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年10月28日
【发明人】A·亚当奇克, 卡尔·大卫·巴尔克
【申请人】通用电气技术有限公司