用于高压直流输电的变换器的改进或与其有关的改进的制作方法

用于高压直流输电的变换器的改进或与其有关的改进的制作方法
【专利摘要】在高压直流(HVDC)输电领域中，变换器(10)包括三个变换器臂(12A、12B、12C)，每个对应于变换器(10)的相应相(A、B、C)，每个在第一与第二DC端子(14、16)之间延伸，每个包括由AC端子(18A、188、180)分隔开的第一臂部和第二臂部(12A+、12A?、12B+、12B?、12C+、12C?)。每个臂部(12A+、12A?、12B+、12B?、12C+、12C?)包括可操作以提供阶梯式可变电压源的链式变换器(24A+、24A?、24B+、24B?、24C+、24C?)以及用以选择性地将相应臂部(12A+、12A?、128+、128?、12C+、12C?)切换进和切换出电路的主开关元件(Sw1、Sw2、Sw3、Sw4、Sw5、Sw6)。变换器(10)还包括第一控制器(32)，被编程为选择性地在一个时刻为一个变换器臂(12A、12B、12C)将其每个臂部(12A+、12A?、12B+、12B?、120+、20?)中的主开关元件(Sw1、Sw2、Sw3、Sw4、Sw5、Sw6)操作为同时将第一臂部和第二臂部(12A+、2A?、12B+、128?、120+、120?)均切换进电路，并由此限定完全导通的变换器臂(12A、12B、120)，以经由每个所述完全导通的变换器臂(12A、128、120)在所述第一DC端子与所述第二DC端子(14、16)之间相继地路由DC电流需求(Ipc)。
【专利说明】
用于高压直流输电的变换器的改进或与其有关的改进
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于高压直流输电的变换器。
【背景技术】
[0002] 在高压直流(HVDC)电力传输网络中，交流(AC)电力通常被变换为直流(DC)电力， 用于经由架空线和/或海底电缆进行传输。这种变换免除了对由电力传输介质（即传输线或 电缆)造成的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的变换因而变得有成本效益。
[0003] DC电力与AC电力之间的变换还用于需要互连DC和AC电网的电力传输网络。在任何 这种电力传输网络中，在AC电力与DC电力之间的每个交界处需要变换器来产生所需的变 换:AC到DC或者DC到AC。

【发明内容】

[0004] 根据本发明的第一方面，提供了一种变换器，用于高压直流输电，包括：
[0005] 三个变换器臂，每个变换器臂对应于所述变换器的相应相，每个变换器臂在第一 DC端子与第二DC端子之间延伸，并且每个变换器臂包括由AC端子分隔开的第一臂部和第二 臂部，每个臂部包括能够操作以提供阶梯式可变电压源的链式变换器以及用以选择性地将 相应臂部切换进和切换出电路的主开关元件；以及
[0006] 第一控制器，被编程为选择性地在一个时刻为一个变换器臂将其每个臂部中的主 开关元件操作为同时将第一臂部和第二臂部均切换进电路，并由此限定完全导通的变换器 臂，以经由每个所述完全导通的变换器臂在所述第一DC端子与所述第二DC端子之间相继地 路由DC电流需求。
[0007] 依次经由每个完全导通的变换器臂在第一 DC端子与第二DC端子之间相继地路由 DC电流需求允许DC电流需求在第一 DC端与第二DC端子之间连续流动，并且由此允许本发明 的变换器在变换器的整个操作周期中与在使用中与第一 DC端和第二DC端连接的DC网络连 续地交换电力。
[0008] 同时，在一个时刻仅具有一个完全导通的变换器臂避免在相应的变换器臂之间创 建电流路径，并且在变换器臂之间没有瞬态循环电流出现。没有这种循环电流允许从每个 臂部中去除原本为限制变换器臂之间的上述循环电流的水平所需要的无源电感器。
[0009] 这种无源电感器在物理上是非常大的，并且因此省略它们允许显著地减少（例如 大约20%)包括本发明的变换器的变换器站的整体占地面积。这进而有助于大大减少变换 器站成本。
[0010] 此外，从每个臂部省略无源电感器也意味着可以将变压器与变换器直接连接，而 不需要通常大型且昂贵的互连套管，并且因此提供了进一步的空间节省和成本节省机会。
[0011] 另外，从每个臂部中省略电感器允许提高变换器能够产生的AC电压的水平，同时 允许降低必须提供的AC电流的水平，即单独的AC相电流需求波形（AC current demand phase waveform)的水平，并因此提高变换器的效率。
[0012]优选地，第一控制器被编程为以大约60度电角度的规则间隔相继地限定完全导通 的变换器臂。
[0013] 包括如此编程的第一控制器导致在第一 DC端子与第二DC端子之间路由的DC电流 需求是平滑和连续的。
[0014] 可选的，所述第一控制器被另外编程为，在为给定变换器臂将其每个臂部中的主 开关元件选择性地操作为同时将第一臂部和第二臂部均切换进电路并由此限定完全导通 的变换器臂时，同时为每个其它变换器臂操作其一个或两个臂部中的主开关元件以将一单 个臂部切换进电路，并由此限定部分导通的变换器臂以将相应的AC相电流需求波形朝向给 定的AC端子引导，从而使得相应的AC相电流需求波形之和为零。
[0015] 在给定的AC端子处使得AC相电流需求波形之和为零，即在本发明的变换器内，消 除了在第一 DC端子与第二DC端子之间路由的DC电流需求中包括的任何AC分量，因此避免了 在电流经过其流到在使用中与第一 DC端子和第二DC端子连接的DC网络之前对此电流进行 滤波的需要。
[0016] 在HVDC安装中的任何一种滤波器都对于最终的变换器站的占地面积具有重大影 响，因此避免了这样的滤波器是非常有利的。
[0017] 根据本发明的优选实施例的变换器进一步包括第二控制器，其被编程为：
[0018] (a)为每个变换器臂获得对应的变换器臂需要跟踪的相应的AC相电流需求波形， 以及每个变换器臂还需要跟踪的DC电流需求；以及
[0019] (b)执行数学优化，为每个臂部确定该臂部为跟踪对应的所需AC相电流需求波形 和所需的DC电流需求必须贡献的最优臂部电流。
[0020] 执行上述数学优化，即，从一组可用的替代方案中选择最佳的单独臂部电流(相对 于选择标准），允许AC和DC电流需求彼此独立地受到(例如通过更高级别的控制器)控制。
[0021] 这还允许单独臂部电流彼此独立地变化以适应通过变换器的不同的电流流动路 径，例如在整个变换器的每个操作周期中，由相继限定完全导通的变换器臂和相应的部分 导通的变换器臂所产生的不同的电流流动路径。
[0022] 此外，第二控制器能够实时执行步骤(a)和(b)以便允许本发明的变换器的稳健性 控制。
[0023] 第二控制器可被编程为通过创建表示通过所述变换器的电流流动的等效变换器 配置来进行数学优化。
[0024] 以上述方式创建等效变换器配置对变换器可被控制的方式加上约束条件，并且因 此有助于执行数学优化来确定每个最优臂部电流。
[0025] 可选的，所述第二控制器被编程为通过映射通过所述变换器的可能的电流流动路 径来创建表示通过所述变换器的电流流动的等效变换器配置。
[0026] 映射通过变换器的可能的电流流动路径有助于第二控制器来定制其提供给本发 明的变换器的拓扑结构（即结构）的数学优化。
[0027] 优选地，所述第二控制器被编程为通过施加电流权重到多个臂部所提供的相对电 流贡献来执行数学优化。
[0028] 施加这种权重允许每个臂部的性能变化使其更加具有适应性，同时继续优化变换 器作为整体的操作。
[0029] 所述第二控制器可被编程为根据所述变换器的测量的操作参数来确定所述或每 个权重。
[0030] 以上述方式确定权重允许第二控制器考虑到可能影响变换器的良好运行的环境 因素，并且改变被确定以克服环境因素的最优臂部电流，并减轻对变换器的运行的相关联 的影响。这样的环境因素的例子包括一个臂部中的部件发热，或臂部受到部件损坏或故障 使得其性能下降。
[0031] 在本发明的另一个优选实施例中，当在特定操作条件下控制所述变换器时，所述 第二控制器被编程为通过施加不同的权重到至少一个臂部来施加权重，使得所述或每个所 述臂部提供与其它臂部不同的贡献。
[0032] 这种特征允许第二控制器区分一个臂部和另一个臂部，例如根据给定的臂部性能 如何来进行区分。
[0033] 在以下情况下这是有用的，即当期望降低由给定臂部贡献的电流水平(例如这是 因为与该臂部相关联的冷却运行于较低容量)并且暂时提高由一个或多个其它臂部提供的 电流水平以便允许变换器继续操作和提供高水平的电力变换时。
[0034] 这也可以用来例如在故障或其它损坏降低给定臂部的性能的情况下，减少给定臂 部必须提供的臂部电压，使得变换器仍然能够继续操作并提供高水平的电力变换。
[0035]优选地，所述第二控制器被编程为执行数学优化来确定对应的臂部必须贡献以跟 踪对应所需的AC相电流需求波形和所需的DC电流需求的一个或多个最小单独臂部电流。
[0036] 确定一个或多个最小单独臂部电流减小了每个臂部中的传导和开关损耗，这是因 为通常这种损耗是与电流的平方(即I2)成正比的。
[0037] 在本发明的一个进一步优选的实施例中，所述第二控制器进一步被编程为执行数 学优化以提供最优臂部电压源。
[0038] 包括如此编程的第二控制器有助于以可能的最有效的方式提供彼此独立变化的 单独臂部电流。
【附图说明】
[0039] 现在将参照以下附图，通过非限制示例的方式来简要描述本发明的优选实施例， 在附图中：
[0040] 图1示出根据本发明的第一实施例的变换器的示意图；
[0041] 图2示出在变换器的操作周期过程中图1所示的变换器内主开关元件的优选切换 顺序；
[0042] 图3示意性示出图1所示的变换器的完全导通的变换器臂和相应部分导通的变换 器臂的选择性限定；
[0043] 图4示出图1所示的变换器的第二控制器被编程以执行的主要步骤的流程图；
[0044] 图5示出对应于图1所示的变换器的等效变换器配置的示意图；
[0045] 图6(a)示出另一第二控制器可以被编程以执行的主要步骤的流程图；以及
[0046] 图6(b)示出形成另一控制器可以被编程以执行的主要步骤的一部分的反馈环路 的示意图。
【具体实施方式】
[0047]根据本发明的第一实施例的变换器由附图标记10-般性指定，如图1所示。
[0048] 变换器10包括三个变换器臂12六、128、12(：，其每个对应于变换器10的相应的相八、 B、C〇
[0049] 每个变换器臂12A、12B、12C在第一DC端子14与第二DC端子16之间延伸，并且每个 变换器臂12A、12B、12C包括由AC端子18A、18B、18C分隔开的第一臂部12A+、12B+、12C+和第 二臂部 12A-、12B-、12C-。
[0050] 在使用中，第一DC端子14和第二DC端子16连接到DC网络20,第一DC端子14携带VDC+ 的电压并且第二DC端子16携带VDC-的电压，而AC端子18A、18B、18C被连接到三相AC网络22的 对应的相A、B、C并且携带对应的AC相电压波形(AC voltage phase waveform)VA、VB、Vc〇 [0051 ]每个臂部 124+、124-、128+、128-、120+、12〇包括链式变换器244+、244-、248+、 24B-、24C+、24C-，每个链式变换器包括串联连接的一连串模块26。每个链式变换器24A+、 24A-、24B+、24B-、24C+、24C-中的模块 26 的数量取决于相应臂部 12A+、12A-、12B+、12B-、12C +、12C-所需要的额定电压。
[0052] 每个链式变换器244+、24六-、248+、248-、2扣+、24(：-的每个模块26包括与电容器 (未示出）形式的能量储存器件并联连接的两对次级开关元件(未示出），以限定可以提供负 电压、零电压或正电压并且可以在两个方向上传导电流的4象限双极模块26。
[0053] 在使用中，每个链式变换器24六+、24六-、248+、248-、2扣+、24(：-的模块26的次级开 关元件被操作为使得每个链式变换器24A+、24A-、24B+、24B-、24C+、24C-能够提供阶梯式可 变电压源。次级开关元件还有利地在接近AC网络22的基频处切换。
[0054] 通过改变次级开关元件的状态，每个模块26的电容器可以被旁路或被插入相应的 链式变换器 24A+、24A-、24B+、24B-、24C+、24C-。
[0055] 当各对次级开关元件被配置为在模块26中形成短路时，每个模块26的电容器被旁 路。这将导致变换器1 〇的对应的臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-中的电流通过短路 并旁路电容器，因此模块26能够提供零电压。
[0056] 当该对次级开关元件被配置为允许上述电流流入和流出电容器时，每个模块26的 电容器被插入到相应的链式变换器244+、24六-、248+、248-、2扣+、24(：-。电容器则能够对其 储存的能量充电或放电以便提供电压。4象限双极模块26的双向性质意味着电容器可以正 向或反向插入模块26从而提供正电压或负电压。
[0057]因此，通过将每个提供其自身电压的多个模块26的电容器插入链式变换器24A+、 24A-、24B+、24B-、24C+、24C-，可以在每个链式变换器 24A+、24A-、24B+、24B-、24C+、24C-两 端建立合成电压，该合成电压高于从每个单独的模块26可得到的电压。
[0058] 4象限双极模块26提供正电压或负电压的能力意味着可以从提供正电压或负电压 的模块26的组合建立每个链式变换器24A+、24A-、24B+、24B-、24C+、24C-两端的电压。通过 控制各个模块26在提供的正电压或负电压之间交替，单独的电容器的能量水平可因此维持 在最佳水平。
[0059 ]可以为每个模块26改变切换操作的时序，使得将单独的模块26的电容器插入链式 变换器 244+、244-、248+、248-、240+、24〇和/或从链式变换器244+、244-、248+、248-、24〇+、 24C-旁路，导致在对应的AC端子18A、18B、18C处产生电压波形。例如，可以交错插入单独的 模块26的电容器以产生正弦波形。通过调整链式变换器24A+、24A-、24B+、24B-、24C+、24C-中的每个模块26的切换操作的时序可以产生其它波形形状。
[0060] 以这种方式，链式变换器244+、24六-、248+、248-、2扣+、24(：-能够促进4(：网络22与 DC网络20之间的电力传输。
[00611除了上述之外，包括4象限双极模块26意味着在例如DC网络20中的极对极故障的 情况下可以为每个链式变换器24A+、24A-、24B+、24B-、24C+、24C-阻断DC故障电流，这样的 阻断是通过断开每个模块26中的适当的次级开关元件以防止故障电流通过每个所述模块 26流动来实现的。
[0062] 每个臂部124+、124-、128+、128-、120+、12(：-还包括与对应的链式变换器24八+、 24A-、24B+、24B-、24C+、24C-串联连接的主开关元件SW1、Sw4、Sw3、Sw 6、Sw5、Sw2。在使用中，每 个主开关元件SW1、Sw 2、Sw3、Sw4、Sw5、Sw6 将相应的臂部 12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-选 择性地切换进和切换出变换器10内的电路。
[0063]在本发明的的其它实施例（未示出）中，取决于每个臂部12A+、12A-、12B+、12B-、 12C+、12C-所需的额定电压，每个主开关元件可以包括多个(例如串联连接)的开关元件。 [0064] 此外，在本发明的其它实施例中，在每个臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-中 每个主开关元件Swi、Sw2、Sw3、SW4、Sw5、Sw6与对应的链式变换器24A+、24A-、24B+、24B-、24C +、24C-之间的串联连接允许相应的主开关元件SW1、Sw2、Sw3、Sw4、Sw 5、Sw6和对应的链式变换 器244+、244-、248+、248-、2牝+、24(：-以相反顺序连接在对应的4(：端子184、188、18(：与相应 的第一DC端子14或第二DC端子16之间。
[0065] 在示出的实施例中，每个主开关元件SWI、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6和相应链式变换器 24八+、244-、248+、248-、2扣+、24(：-中的每个次级开关元件是与反并联二极管30并联连接的 绝缘栅双极晶体管（IGBT) 28。
[0066] 在本发明的其它实施例(未示出）中，一个或多个主开关元件Swi、Sw2、Sw3、Sw4、Sw5、 Sw6和次级开关元件可以包括不同的半导体器件，诸如场效应晶体管、栅极可关断晶闸管、 注射门极增强型晶体管、集成门极换流晶体管或另一外部换向的半导体开关（即由一个或 多个外部组件关断使通过该半导体开关的电流降至零的半导体开关）。这些其它外部换向 的半导体开关可包括所谓的"强制换向"和"自换向"半导体开关。在每个实例中，半导体器 件优选地与反并联二极管并联连接。
[0067] 由于上文描述的原因，每个臂部12六+、12六-、128+、128-、120+、12(：-省略了任何形 式的物理、无源电感组件，这进而在减少其中结合了本发明的变换器的最终变换器站的整 体占地面积方面提供了显著的益处。
[0068] 除了上述之外，变换器10包括第一控制器32，其被布置为与每个主开关元件SW1、 SW2、SW3、SW4、SW5、SW6操作性通信。
[0069] 第一控制器32是可编程设备，诸如微控制器，更具体地被编程为在一个时刻为一 个变换器臂12A、12B、12C操作其每个臂部124+、12六-、128+、128-、120+、12(：-中的主开关元 件Swi、Sw 2、Sw3、Sw4、Sw5、Sw6，以同时将第一臂部 12A+、12B+、12C+和第二臂部、12A-、12B-、 12C-均切换进电路并且由此限定完全导通的变换器臂12A、12B、12C。
[0070] 以这种方式，第一控制器32经由每个所述完全导通的变换器臂12A、12B、12C在第 一DC端子14和第二DC端子16之间相继地路由（route)DC电流需求IDC(即变换器臂12A、12B、 12C需要跟踪的DC电流）。
[0071] 更具体而言，第一控制器32被编程为以大约60度电角度的规则间隔34^34^343、 344、34 5、346相继地限定完全导通的变换器臂12六、128、12(：。于是，在理想的情况下，每个间 隔为60度电角度，尽管对于实际的实现目的而言，每个间隔可能为60±1度电角度的范围， 或60±2度电角度的范围。
[0072] 第一控制器32还另外被编程为，在为给定变换器臂12A、12B、12C选择性地操作其 每个臂部 12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-中的主开关元件 Swi、Sw2、Sw3、Sw4、Sw5、Sw6 以同 时将第一和第二臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-均切换到电路中并由此限定完全导 通的变换器臂12A、12B、12C时，来为每个其它的变换器臂12A、12B、12C同时操作其一个或两 个臂部 12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-中的主开关元件SW1、Sw2、Sw 3、Sw4、Sw5、Sw6 以将单 个臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-切换进电路中，并且由此限定部分导通的变换器 臂12A、12B、12C。
[0073] 以这种方式，第一控制器32被编程为将相应的AC相电流需求波形Ia、Ib、Ic(即变换 器10需要跟踪的相应的AC相电流)朝向给定AC端子18A、18B、18C引导，从而使得AC相电流需 求波形I A、lB、Ie的总和为零。
[0074] 图2示出由第一控制器32实现的主开关元件Swi、Sw2、Sw3、Sw4、Sw5、Sw6的一个示例 性切换顺序。然而，也可执行另外的切换顺序。
[0075] 在示出的实施例中，第一控制器32使用锁相环(phase locked loop，PLL)控制方 案以协调AC网络22的相应的AC相电压波形VA、VB、Vc的切换顺序。
[0076]更具体而言，在第一间隔3和的过程中，第一控制器32操作第一变换器臂12A的每 个臂部12A+、12A-中的主开关元件SW1、Sw4以同时将第一臂部12A+和第二臂部12A-切换到电 路中，并由此限定完全导通的变频器臂12A。
[0077]同时，即与上述过程同时地，第一控制器32操作第二变换器臂12B的第二臂部12B-中的主开关元件SW6以将第二臂部12B-切换进电路，并且由此限定部分导通的变换器臂 12B。将第二变换器臂12B的第一臂部12B+中的主开关元件Sw3保持为切换出电路。
[0078] 第一控制器32还同时操作第三变换器臂12C的第一臂部12C+的主开关元件&5以 将第一臂部12C+切换进电路，并且由此限定另一个部分导通的变换器臂12C。将第三变换器 臂12C的第二臂部12C-中的主开关元件Sw2保持为切换出电路。
[0079] 在第二间隔342的过程中，第一控制器32保持第三变换器臂12C的第一臂部12C+切 换进电路，同时操作第三变换器臂12C的第二臂部12C-中的主开关元件Sw2以将第二臂部 12C-切换进电路，并由此限定完全导通的变换器臂12C。同时，第一控制器保持第一变换器 臂12A的第一臂部12A+切换进电路，同时操作第二臂部12A-中的主开关元件Sw 4以将第二臂 部12A-切换出电路，并由此限定部分导通的变换器臂12A。同时，第一控制器32还保持第二 变换器臂12B的第二臂部12B-切换进电路以继续限定部分导通的变换器臂12B。第二变换器 臂12B中的第一臂部12B+中的主开关元件Sw 3保持切换出电路。
[0080]在第三间隔343的过程中，第一控制器32操作第二变换器臂12B的第一臂部12B+中 的主开关元件Sw3,以将第一臂部12B+切换进电路，并由此与已经切换进电路的第二臂部 12B--同限定完全导通的变换器臂12B。同时，第一控制器32继续保持第一变换器臂12A的 第一臂部12A+切换进电路，并且保持第一变换器臂12A的第二臂部12A-切换出电路，以继续 限定部分导通的变换器臂12A。同时，第一控制器32还保持第三变换器臂12C的第二臂部 12C-切换进电路，同时操作第三变换器臂12C的第一臂部12C+中的主开关元件& 5以将第一 臂部12C+切换出电路，从而限定部分导通的变换器臂12C。
[0081] 在第四间隔344的过程中，第一控制器32操作第一变换器臂12A的第二臂部12A-中 的主开关元件Sw4以将第二臂部12A-切换进电路，并由此与已经切换进电路的第一臂部12A +-同限定完全导通的变换器臂12A，如图3以举例的方式所示。还如图3所示，上述完全导通 的变换器臂12A在第一 DC端子14和第二DC端子16之间路由DC电流需求IDC。
[0082] 同时，第一控制器32继续保持第二变换器臂12B的第一臂部12B+切换进电路，同时 操作第二变换器臂12B的第二臂部12B-中的主开关元件Sw 6以将第二臂部12B-切换出电路， 从而限定部分导通的变换器臂12B，还如图3所示。图3另外示出部分导通的变换器臂12B，即 其第一臂部12B+将AC相电流需求波形Ib(即AC相电流Ib)朝向第一 AC端子18A引导。
[0083]同时，第一控制器32还保持第三变换器臂12C的第一臂部12C+切换出电路，并且保 持第三变换器臂12C的第二臂部12C-切换进电路，以继续限定部分导通的变换器臂12C，再 次如图3所示。如图3所示，部分导通的变换器臂12C，即其第二臂部12C-还将AC相电流需求 波形Ic(即AC相电流Ic)朝向第一 AC端子18A引导。
[0084]上述AC相电流需求波形IB、Ic中的每个，与另一 AC相电流需求波形Ια-起在第一 AC 端子18Α处的总和为零，从而相互抵消使得它们不会对在第一 DC端子14和第二DC端子16之 间路由的DC电流需求IDC的质量(即平滑度)产生不利影响。
[0085]在第五间隔345的过程中，第一控制器32操作第三变换器臂12C的第一臂部12C+的 主开关元件Sw5以将第一臂部12C+切换进电路，并由此与已经切换进电路的第二臂部12C-一同限定完全导通的变换器臂12C。同时，第一控制器32继续保持第一变换器臂12A的第二 臂部12A-切换进电路，同时操作第一变换器臂12A的第一臂部12A+中的主开关元件S W1以将 第一臂部12A+切换出电路，从而限定部分导通的变换器臂12A。同时，第一控制器32还保持 第二变换器臂12B的第一臂部12B+切换进电路并且保持第二变换器臂12B的第二臂部12B-切换出电路，以继续限定部分导通的变换器臂12B。
[0086]在第六也是最后的间隔346的过程中，第一控制器32操作第二变换器臂12B的第二 臂部12B-中的主开关元件Sw6以将第二臂部12B-切换进电路，并由此与已经切换进电路的 第一臂部12B+-同限定完全导通的变换器臂12B。同时，第一控制器32继续保持第一变换器 臂12A的第二臂部12A-切换进电路并且保持第一臂部12A+切换出电路，以继续限定部分导 通的变换器臂12A。同时，第一控制器32还保持第三变换器臂12C的第一臂部12C+切换进电 路，同时操作第三臂部12C的第二臂部12C-中的主开关元件Sw 2以将第二臂部12C-切换出电 路，并由此限定部分导通的变换器臂12C。
[0087]由此可见，在变换器10的完整的操作周期36的对应的第一间隔3和、第二间隔342、 第三间隔343、第四间隔344、第五间隔345和第六间隔34 6的过程中，第一控制器32相继地限 定单个单独的第一、第二、第三、第四、第五和第六个完全导通的变换器臂12A、12C、12B、 12A、12C、12B。
[0088] 变换器10还包括第二控制器38,其被布置为与第一控制器32以及每个链式变换器 24A+、24A-、24B+、24B-、24C+、24C-通信。类似地，第二控制器38是可编程设备，诸如微控制 器。虽然在所描述的实施例中第一控制器32和第二控制器38被示出为单独的项，但是它们 可以在本发明的其它实施例中形成更大的控制器或控制器布置的单独的零件或单个部分。 [0089] 返回到所示的实施例，第二控制器38被编程为：
[0090] (a)为每个变换器臂12A、12B、12C获得对应的变换器臂12A、12B、12C需要跟踪的相 应的AC相电流需求波形1^18、1。，以及每个变换器臂124、128、12(：还需要跟踪的0(：电流需求 Idc;以及
[0091] (b)执行数学优化，为每个臂部124+、124-、128+、128-、120+、12〇确定该臂部12八 +、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-为跟踪对应的所需AC相电流需求波形Ia、Ib、Ic和所需的DC电 流需求Idc必须贡献的最优臂部电流I A+、IA-、IB+、IB-、Ic+、Ic-。
[0092]第二控制器38还进一步被编程以（c)执行数学优化以提供最优臂部电压源VA+、 ￥八-^+^-^+^-，这些主要步骤(&)、（13)和((3)在图4中的第一流程图40中示出。
[0093] 如上所述，第二控制器38被编程为首先为每个变换器臂12A、12B、12C获得每个变 换器臂12A、12B、12C所需要跟踪的相应的AC相电流需求波形1^18、1^然后获得变换器臂 12A、12B、12C还需要跟踪的DC电流需求I DC。
[0094] 各种AC相电流需求波形Ia、Ib、Ic和DC电流需求IDC可以直接从变换器内的更高级别 的控制器(未示出）获得，或者从一些其它外部实体获得。可替代地，变换器10可以通过执行 其自己的计算直接获得之。
[0095] 第二控制器38还被编程为，作为第二步骤(并且如第一流程图40中的第一处理框 42所示），执行数学优化以为每个臂部124+、124-、128+、128-、120+、12(：-确定臂部12八+、 12八-、128+、128-、120+、12(：-为跟踪对应的所需4(：相电流需求波形^、18、1。和所需的0(：电流 需求Idc必须贡献的最优臂部电流Ia+、Ia-、Ib +、Ib-、Ic+、Ic-。
[0096] 第二控制器38被编程为通过创建等效变换器配置100来执行这种数学优化，如图5 所示，其表示通过本发明的对应的变换器10的电流的流动。
[0097] 等效变换器配置100包括与本发明的变换器10类似的特征，并且这些类似的特征 共用相同的附图标记。为此，等效变换器配置100包括三个变换器臂12六、128、12(：，其每个对 应于本发明的变换器10的相应的相A、B、C。
[0098] 在等效变换器配置100中，每个变换器臂12A、12B、12C类似地在第一 DC端子14与第 二DC端子16之间延伸，并且每个变换器臂12A、12B、12C包括第一臂部12A+、12B+、12C+和第 二臂部12六-、128-、12(：-。每个变换器臂124、128、12(：中的每对第一和第二臂部124+、12八-、 128+、128-、120+、12〇由对应的4(：端子184、188、18(：分隔开。
[0099] 等效变换器配置100还表示每个变换器臂12A、12B、12C需要跟踪(例如尽可能地匹 配)的AC相电流需求波形Ia、Ib、Ic以及变换器臂12A、12B、12C还需要跟踪的DC电流需求IDC。
[0100] 在实践中，每个变换器臂12A、12B、12C还在变换器10使用中所连接的AC网络22的 对应的AC相电压波形VA、V B、VC以及变换器10使用中所连接的DC电网20的DC电压VDC的约束条 件内操作，因此等效变换器配置1〇〇还可以表示这些元素。
[0101] 第二控制器38被编程为创建等效变换器配置100,其通过映射通过变换器10的可 能的电流流动路径表示通过变换器1 〇的电流的流动。
[0102] 可以映射通过变换器10的可能的电流流动路径的一种方式是通过进行等效变换 器配置100的基尔霍夫分析以获得下式：
[0103]
[0104]
[0105]
[0106]
[0107]
[0108] 其中
[0109] 二进制变量表示给定的臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-是切换进电路 = 1):还是切换出电龄
?表示变换器10的每个臂 部 12Α+、12Α-、12Β+、12Β-、12C+、12C-中对应的主开关元件 SW1、Sw2、Sw3、Sw4、Sw5、Sw 6 的状态 (其具体由第一控制器32提供给第二控制器38);
[0110] Idc+是第一臂部12A+、12B+、12C+的电流总和，即，如图3所示；
[0111] Idc-是第二臂部12A-、12B-、12C-的电流总和，即，还如图3所示；以及
[0112] Idc+ = Idc- = Idc
[0113] 然后，前述方程合并且简化成
[0114]
[0115][0116][0117][0118]接着，通过以矩阵形式表达后者方程来映射通过变换器10的可能的电流流动路 径，即：
[0119]
[0120] 使得A是映射由臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-提供的可能的电流流动路 径的矩阵。
[0121] 然而，也可以使用其它等效变换器配置和对应的分析技术。
[0122] 第二控制器38还被编程为通过施加电流权重到每个臂部12A+、12A-、12B+、12B-、 12C+、12C-提供的相关的电流贡献来执行数学优化。每个臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、 12C-的相应的电流权重根据变换器10在其操作过程中的测量参数来确定。可以在所述变换 器10的整个操作中确定各种电流权重，以便例如允许响应于变化的环境条件更新电流权 重。其结果是各种电流权重可以随着变换器10的操作而变化。
[0123] 在变换器10的正常操作过程中，相同的电流权重被施加到每个臂部电流Ia+、Ia-、 Ib+、Ib-、Ic+、Ic- 〇
[0124] 然而，当变换器10在一定条件(例如异常操作条件）下操作时，不同的电流权重可 以被施加到电流贡献（即由至少一个臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-提供的臂部电 流Ia+、Ia-、Ib+、Ib-、Ic+、Ic-)上。例如，更大的电流权重可以被施加到特定臂部12A+、12A-、12B +、12B-、12C+、12C-必须贡献的最优臂部电流 12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-上，以便相 对于每个其它臂部的实际电流贡献减少所述臂部贡献的实际臂部电流，换作其它臂部彼此 情况相同。
[0125] 除了前述以外，第二控制器38被编程为执行数学优化来确定每个臂部12A+、12A_、 128+、128-、120+、12〇为跟踪对应的所需4(：相电流需求波形1 ;\、18、1。和所需的0(：电流需求 Idc必须贡献的最小单独臂部电流Ia+、Ia-、Ib+、Ib-、Ic+、Ic-。
[0126] 可确定最小单独臂部电流]^+、]^-、18+、18-、1。+、1〇，即上文给出的方程式厶.1 = 13中 X，以及施加到最小单独臂部电流lAhlA^lBhlB^IChIc-的上述单独的电流权重的一个方式 是通过求解一般形式的非线性优化：
[0127]
[0128] 受制于以下形式的等式约束方程：
[0129] A.x = b
[0130] 其中
[0131 ] JCurrent是待最小化的电流目标函数；
[0132] Ψ为在时间以处的电流权重；
[0133] f是电流成本函数，其在所描述的实施例中包括电流权重矩阵QI;
[0134] X是[Ια+，Ια-，Ib+，Ib-，Ic+，Ic-]的转置，BP 列矢量体现的[Ια+，Ια-，Ib+，Ib-，Ic+，Ic-];
[0135] to是变换器10的控制的特定时间段开始的时间；以及
[0136] 以是变换器10的控制的特定时间段结束的时间。
[0137] 根据变换器10的测量操作参数来确定电流权重矩阵如，并且可以在变换器10的整 个操作过程中如此确定，使得电流权重矩阵如可以随着响应于变换器10的操作的改变的所 述变换器10的控制而变化。
[0138] 当仅受制于等式约束方程时，如上所述，拉格朗日（或拉格朗日乘数的方法)是用 于求解上述非线性优化的技术，以便找到电流目标函数J Current的局部最小值。也可以使用 其它优化算法，包括迭代和编程算法来求解。
[0139] 作为一般的最优控制问题，上述非线性优化可以另外包括一个或多个不等式约 束，在这种情况下，可以通过使用哈密顿的另一方法(庞特里亚金最小值原理)来求解。 [0140]这样的不等式约束的一个例子是：
[0141]
[0142] 其中
[0143] C是映射由臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-提供的可能的最大电流流动路 径的矩阵；以及
[0144] d是表示每个臂部124+、12六-、128+、128-、120+、12(：-中最大期望电流的矢量。
[0145] 在任一种情况下，也可以通过求解形式的非线性优化来确定最 小单独臂部电流Ia+、Ia-、Ib+、Ib-、Ic+、Ic-〇
[0146] 同时，如上面提到的，第二控制器38还被编程为执行数学优化来为每个臂部12A+、 12八-、128+、128-、120+、12〇提供最优臂部电压源￥4 +^-^+^-、￥^-，以实现对应的数 学优化的最小臂部电流仏、1^、1^、1^、1^、1^。然而，在本发明的方法的其它实施例中，无 需进行臂部电压源的这样的数学优化。
[0147] 第二控制器38被编程为通过创建表示变换器10中的电压条件的等效变换器配置 1 〇〇来执行数学优化，以提供最优臂部电压源VA+、VA-、VB+、V B-、VC+、Vc-。
[0148] 表示等效变换器配置100中描绘的变换器10中的电压条件附加地包括为每个臂部 12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-映射臂部电压源 Va+、Va-、VB+、VB-、VG+、V。-和感性分量。
[0149] 在所描述的实施例中，每个臂部电压源VAhVA-jBhVhH-对应于相应的链式 变换器24A+、24A-、24B+、24B-、24C+、24C-，其通过操作对应的主开关元件S W1、Sw2、Sw3、SW4、 Sw5、Sw6可切换进和切换出对应的臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-。因此，每个臂部电 压源Va+、Va-、V B+、VB-、Vc+、Vc-的幅值在零（即相当于切换出对应的臂部12A+、12A-、12B+、 12B-、12C+、12C_)与电压上限之间可变。
[0150] 同时，等效变换器配置100内的每个臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-的感性 分量表示与实际变换器10的对应的臂部124+、12六-、128+、128-、120+、12(：-相关联的电感。 这种电感不包括每个臂部12六+、12六-、128+、128-、120+、12(：-内的无源臂电感器，这是因为 不再需要无源臂电感器来控制变换器臂12A、12B、12C之间的循环电流的水平。相反，相应的 电感采取相电感44A、44B、44C和DC线电感46(其中每个可以由物理无源电感组件和变换器 的相关联的电结构内的任何杂散电感构成）以及对应的臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、 12C-内的非常小的剩余杂散电感的形式。
[0151] 每个臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-的上述感性分量在等效变换器配置 100中被表示为感性电压部Ua+、Ua-、UB+、UB-、Uc+、Uc-，其由从流过上述电感（即仅相电感44A、 44B、44C和DC线电感46，其与对应的臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-相关联）的电流 产生的电压构成。
[0152] 在本发明的其它实施例中，表示变换器10中的电压条件还可以包括映射每个臂部 12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-的阻性分量。
[0153] 这样的阻性分量表示与给定的臂部124+、124-、128+、128-、120+、12〇相关联的电 阻，并且类似地可以采取给定的臂部12六+、12六-、128+、128-、120+、12(：-内的电阻器的形式 (即臂部电阻），或与给定的臂部124+、12六-、128+、128-、120+、12(：-电关联的电阻的形式(例 如相电阻和/或DC线电阻）。
[0154] 映射臂部电压源 Va+、Va-、Vb+、Vb-、Vc+、Vc-和感性电压部Ua+、Ua-、Ub+、Ub-、Uc+、Uc-同样 类似地包括对等效变换器配置100进行基尔霍夫分析，但是也可以使用其它等效变换器配 置和对应的分析技术。在应用基尔霍夫分析时获得以下矩阵形式的等式：
[0158] 即Mv是映射特定的变换器结构内的臂部电压源VA+、VA-、V B+、VB-、Vc+、Vc-的位置的矩 阵；
[0155]
[0156]
[0157]
[0159]
[0160] 即Mu是映射特定的变换器结构内的感性电压部UA+、UA-、UB+、U B-、UC+、UC-的位置的矩 阵；
[0161] VDC是DC电压，即，第一DC端子14与第二DC端子16之间的电压差；
[0162] Vab是第一变换器臂12A与第二变换器臂12B之间的电压差；以及
[0163] VCB是第三变换器臂12C与第二变换器臂12B之间的电压差。
[0164] 第二控制器38被进一步编程为执行数学优化来为每个臂部12A+、12A-、12B+、 128-、120+、12(：-提供最优臂部电压源￥和^-^ +^-、^-，其方式是通过减少给定的臂 部 12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-的实际测量的臂部电流I/A+、I /A-、I/B+、I/B-、I/c +、I/c-与所述给定的臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-的对应确定的最优臂部电流I A+、IA一、 Ib+、Ib-、Io、Ic-的任何偏差。
[0165] 第二控制器38还被进一步编程以为每个臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-计 算感性电压部11\+、1^-、1^+、1^-、1^+、1]〇。此计算基于对应确定的最优臂部电流]^+、]^-、18+、18-、 Ic+、Ic-以及与对应臂部12六+、12六-、128+、128-、120+、12(：-相关联的电感。
[0166] 此后，计算出的感性电压部UA+、UA-、UB+、UB-、U C+、Uc-被修改，以驱使实际测量的臂部 电流I%+、I'-、I^+、Fb-、疒c+、lV跟随对应确定的最优臂部电流Ia+、Ia-、Ib+、Ib-、Ic+、Ic-。
[0167] 这种测量和修改需要提供闭环控制的反馈环路的形式，如图4中所示的第一流程 图40中的第二处理框48示意性示出的。反馈环路还可以包括前馈元件，其寻求为一个或多 个感性电压部1^ +、1^、1^、1^、说+、1^预测期望的未来值，以便提高闭环控制的性能。
[0168] 如第一流程图40中的第三处理框50所示，在执行上述数学优化以提供最优臂部电 压源Va+、Va-、VB+、V B-、H-时利用每个臂部12六+、12六-、128+、128-、120+、12(：-的计算出的 感性电压部Ua+、Ua-、Ub+、Ub-、Uc+、Uc-。
[0169] 这种数学优化还包括施加电压权重到由每个臂部电压源VA+、VA-、V B+、VB-、VC+、VC^ 供的相对的电压的贡献。根据变换器10的测量的操作参数来确定电压权重，并且可以在所 述变换器10的整个操作过程中如此确定。电压权重的这种可能的重复确定允许在例如改变 环境条件过程中变换器操作的持续优化。
[0170] 例如，在所述特定变换器结构的正常操作过程中，相同的电压权重被施加到每个 臂部 12厶+、12厶-、128+、128-、120+、12(：-的臂部电压源￥4+、￥4-、￥8+、￥8-、^。-。
[0171] 然而，在例如异常操作条件过程中，不同的电压权重可以被施加到一个或多个臂 部 12厶+、12厶-、128+、128-、120+、12(：-的臂部电压源￥4+、￥4-^+^-、￥。 +、￥。-，以进一步减轻例 如异常操作条件的影响。
[0172] 更具体地，第二控制器38被编程为执行数学优化以为每个臂部12A+、12A-、12B+、 12B-、12C+、12C-提供最优臂部电压源V A+、VA-、VB+、VB-、VG+、V G-，其方式是通过为每个臂部12A +、12六-、128+、128-、120+、12(：-确定实现先前确定的对应的最小臂部电流^+、^、18 +、18-、 Ic+、Ic-所需的最小单独臂部电压源Va+、Va-、Vb+、Vb-、Vc +、Vc-。
[0173] 可以确定最小单独臂部电压源Va+、Va-、VB+、VB-、Vc+、Vc-(即给定臂部12A+、12A_、12B +、12B-、12C+、12C-内的可变电压源必须提供的最小电压水平)和施加给其的上述单独的电 压权重的一种方式是通过求解x(其中X为^ +力-^+力-，1，1]的转置），一般形式的非 线性优化如下：
[0174]
[0175] 受限于以下形式的等式约束方程Mv · x = b，其中b为已知，
[0176]
[0177] 并且其中
[0178] ^也^是待最小化的电压目标函数；
[0179] Ψ是时间以处的电压权重；
[0180] f是在所描述的实施例中包括电压权重矩阵Qv的电压成本函数；
[0181] to是变换器10的控制的特定时间段开始的时间；以及
[0182] 以是变换器10的控制的特定时间段结束的时间。
[0183] 类似地，根据变换器10的测量的操作参数确定电压权重矩阵Qv，并且可以在变换 器10的整个操作过程中如此确定。因此，它也可以随所述变换器10的控制而改变。
[0184] 求解上述非线性优化也可以受限于以下形式的不等式方程：
[0185] C.x^d
[0186] 其中
[0187] C是映射臂部124+、12六-、128+、128-、120+、12(：-中的可能的最大臂部电压源的位 置的矩阵；以及
[0188] d是表示每个臂部124+、12六-、128+、128-、120+、12(：-中的最大期望电压的矢量。
[0189] 替代性第二控制器(未示出），其可替代地包含在变换器10中，类似地被编程为：
[0190] (a)为每个变换器臂12A、12B、12C获得对应的变换器臂12A、12B、12C需要跟踪的相 应的AC相电流需求波形Ia、Ib、I C以及每个变换器臂12A、12B、12C也需要跟踪的DC电流需求 Idc;以及
[0191] (b)为每个臂部124+、124-、128+、128-、120+、12〇执行数学优化以确定该臂部12八 +、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-必须贡献以跟踪对应的所需AC相电流需求波形Ia、Ib、Ic和所 需的DC电流需求I DC的最优臂部电流Ia+、Ia-、Ib+、Ib-、IC+、IC-。
[0192] 图6(a)所示的第二流程图60中的第一处理框42再次类似地示出前述步骤。
[0193] 然而，此后，替代性的第二控制器被编程为应用控制算法来从每个对应确定的最 小臂部电流]^+、]^-、18+、18-、1。+、1〇直接建立最优臂部电压源^^+、^^-、￥8+、￥8-、￥。+、￥〇，即如第 二流程图60中单个第四处理框62所示。
[0194] 应用这样的控制算法包括为给定臂部124+、124-、128+、128-、120+、12(：-从对应所 确定的最小臂部电流Ia+、Ia-、Ib+、Ib-、Ic+、Ic-中减去所述给定臂部12A+、12A-、12B+、12B-、 12C+、12C-的实际测量的臂部电流1%+、1'-Jb+JV JVc-的任何偏差。
[0195] 可以从对应所确定的最小臂部电流lAhlA^lBhIhIchIc-中减去并且优选地消除 所述给定臂部12厶+、12厶-、128+、128-、120+、12(：-的实际测量的臂部电流1%+、1、-、1 /^、1 %-、疒c+、疒c-的偏差的一种方式是建立如图6(b)示意性所示的反馈环路70。
[0196] 在所示的实施例中，反馈环路70比较相应的实际测量的臂部电流1、+、1、-、1%+、 ^-、^.、^-与对应的确定的最小臂部电流^^-上+上-上+上^并且计算对应的臂部 误差6^^-、拙 +、|、汉+、^。然后，反馈环路70将校正系数1(应用到每个臂部误差^+、以-、 eB+、eB-、ec+、ec-，由此直接建立对应的臂部电压源Va+、Va-、VB+、V B-、Vc+、Vc-，这是将误差eA+、 θα-、θβ+、θβ-、eo、ec-向零驱使所需要的。
[0197] 校正系数K可以采取控制系统矩阵的形式，诸如增益矩阵(未示出），其设定单独的 校正系数，与每个臂部误差eA+、e A-、eB+、eB-、ec+、ec-相乘(例如，在增益矩阵的情况下），以建 立对应的臂部电压源Va+、Va-、Vb+、Vb-、Vc+、Vc-。
[0198] 可以建立这样的单独的校正因子的一种方式是通过创建表示处于控制之下的特 定三相变换器结构的电压条件的等效变换器配置，并且此后考虑这样的等效变换器配置的 动态。
[0199] 更具体地，相对于上述实施例，可通过创建在图5所示的等效变换器配置100和在 等效变换器配置100中为每个臂部124+、12六-、128+、128-、120+、12(：-映射臂部电压源￥八 +、 Va-、VB+、VB-、和感性分量来实现前述步骤。
[0200] 此后这样的映射可以包括进行等效变换器配置100的基尔霍夫分析(尽管其它等 效变换器配置和对应的分析技术也是可能的），应用基尔霍夫电流和电压定律来将等效变 换器配置100的动态描述为：
[0201]
[0202] 其中
[0203] v是[Va+，Va-，Vb+，Vb-，Vc+，Vc-]的转置；
[0204] M是映射每个臂部的感性分量并且更具体地映射与每个臂部相关联的相电感和DC 线电感中每个的耦合电感矩阵，例如：
[0205]
[0206] I是[工'/^^-"'^^-^~疒^勺转置旧表示实际测量的臂部电流疒/^工 Vb+JVc+JV的电流矢量的转置；
[0207] N是映射特定变换器结构内的各种输入电压的位置的输入电压矩阵，例如
[0208]
[0209] ξ为表不外部干扰的输入电压矢量，例如
[0210]
[0211] 其中
[0212] VDC是DC电压，即，第一DC端子14与第二DC端子16之间的电压差；
[0213] Vab是第一变换器臂12A与第二变换器臂12B之间的电压差；以及 [0214] VCB是第三变换器臂12C与第二变换器臂12B之间的电压差。
[0215]以这种方式，当考虑一个或多个单独的臂部电压源VA+、VA-、V B+、VB-、Vc+、Vc-中的改 变会对例如实际测量的臂部电流iV^A-^BhlV^ChlV有什么影响时，进行前述基 尔霍夫分析使得可以考虑关于变换器10的所有上述提到的因素，即，Μ，Ι，Ν，ξ。这种能力赋 予替代性的第二控制器抵抗控制器不确定性和建模误差的稳健性。
[0216] 而且，其结果是，随后可以通过考虑需要对给定的单独的臂部电压源VA+、V A-、VB+、 Vb-、VC+、VC-进行哪些改变以建立每个单独的校正因子，以有利地改变由处于控制之下的变 换器?ο提供的对应臂部电流，即对应的实际测量臂部电流 便将实际测量臂部电流1%+、1//1-、1/8 +、1/^、1/〇+、1/&朝向确定的最小臂部电流1/ 1+、1/1-、1^、 IB-、Ic+、Ic-驱使，即以便将对应的臂部误差eA+、eA-、eB+、e B-、ec+、ec-朝向零驱使。
[0217] 一旦已经为变换器10建立这样的单独的校正因子（例如在最初的设计和调试阶 段），通常没有必要再次确定它们。结果，反馈环路70涉及最小计算工作量，这是因为在每个 周期仅需要用已经确定的对应的单独校正系数乘以给定的臂部误差θα+、θα-、θβ+、θβ-、ec+、ec-即可。
【主权项】
1. 一种变换器，用于高压直流输电，包括： 三个变换器臂，每个变换器臂对应于所述变换器的相应相，每个变换器臂在第一 DC端 子与第二DC端子之间延伸，并且每个变换器臂包括由AC端子分隔开的第一臂部和第二臂 部，每个臂部包括能够操作以提供阶梯式可变电压源的链式变换器以及用以选择性地将相 应臂部切换进和切换出电路的主开关元件；以及 第一控制器，被编程为选择性地在一个时刻为一个变换器臂将其每个臂部中的主开关 元件操作为同时将第一臂部和第二臂部均切换进电路，并由此限定完全导通的变换器臂， 以经由每个所述完全导通的变换器臂在所述第一 DC端子与所述第二DC端子之间相继地路 由DC电流需求。2. 根据权利要求1所述的变换器，其中所述第一控制器被编程为以大约60度电角度的 规则间隔相继地限定完全导通的变换器臂。3. 根据权利要求1或权利要求2所述的变换器，其中所述第一控制器被另外编程为，在 为给定变换器臂将其每个臂部中的主开关元件选择性地操作为同时将第一臂部和第二臂 部均切换进电路并由此限定完全导通的变换器臂时，同时为每个其它变换器臂操作其一个 或两个臂部中的主开关元件以将一单个臂部切换进电路，并由此限定部分导通的变换器臂 以将相应的AC相电流需求波形朝向给定的AC端子引导，从而使得相应的AC相电流需求波形 之和为零。4. 根据任一项前述权利要求所述的变换器，还包括第二控制器，其被编程为： (a) 为每个变换器臂获得对应的变换器臂需要跟踪的相应的AC相电流需求波形，以及 每个变换器臂还需要跟踪的DC电流需求；以及 (b) 执行数学优化，为每个臂部确定该臂部为跟踪对应的所需AC相电流需求波形和所 需的DC电流需求必须贡献的最优臂部电流。5. 根据权利要求4所述的变换器，其中所述第二控制器被编程为通过创建表示通过所 述变换器的电流流动的等效变换器配置来进行数学优化。6. 根据权利要求5所述的变换器，其中所述第二控制器被编程为通过映射通过所述变 换器的可能的电流流动路径来创建表示通过所述变换器的电流流动的等效变换器配置。7. 根据权利要求4至6中任一项所述的变换器，其中所述第二控制器被编程为通过施加 电流权重到多个臂部所提供的相对电流贡献来执行数学优化。8. 根据权利要求7所述的变换器，其中所述第二控制器被编程为根据所述变换器的测 量的操作参数来确定所述或每个权重。9. 根据权利要求7或权利要求8所述的变换器，其中当在特定操作条件下控制所述变换 器时，所述第二控制器被编程为通过施加不同的权重到至少一个臂部来施加权重，使得所 述或每个所述臂部提供与其它臂部不同的贡献。10. 根据权利要求4至9中任一项所述的变换器，其中所述第二控制器被编程为执行数 学优化来确定对应的臂部必须贡献以跟踪对应所需的AC相电流需求波形和所需的DC电流 需求的一个或多个最小单独臂部电流。11. 根据权利要求4至10中任一项所述的变换器，其中所述第二控制器进一步被编程为 执行数学优化以提供最优臂部电压源。
【文档编号】H02M7/483GK105993124SQ201480075215
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2014年12月12日
【发明人】O·F·贾西姆, F·J·莫雷诺穆诺兹, M·M·克劳德梅兰, T·C·格林, K·戴克
【申请人】通用电气技术有限公司