用于操作功率变换器的系统和方法
【技术领域】
[0001 ]本公开的技术领域一般设及功率变换器设备，并且，更特别地，设及用于操作多电 平变换器的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 许多已知的多电平功率变换器在遍及各种工业中使用，W及用于多种电力变换的 多种目的。具体地，术语"多电平变换器"指的是变换器，其能够工作在逆变器模式和整流器 模式。其中已知使用多电平功率变换器的一个技术领域是中压(MV)变速驱动(VSD)行业，其 中MV VSD通常部署在许多不同的处理设施中，例如诸如发电工业的工业。MV VSD设施在较 低能量消耗的情况下快速准确地处理控制，通过诸如恒速驱动马达的装置通常是不可实现 两种结果。
[0003] 其中使用已知多电平功率变换器的另一技术领域是电力传输和分配工业。已知电 力传输和配电设施物理上定位在偏远地理区域中或者其中物理访问是困难的地区中。一个 示例包括地理上位于在崎帳和/或偏远地区（例如，多山的山坡、从电力网的延伸距离、W及 淹没例如海上油气开采和恢复安装）的电力传输和分配设施。运些已知的电力传输和配电 设施中许多包括独立的功率变换组合件或系统，其电禪合到交流(AC)电源，例如公用电网。 运种已知的独立功率变换器组合件包括将由公用发电网传输的AC变换为直流(AC)的整流 器部分，和将DC变换为预定频率和电压幅值AC的逆变器部分。整流器部分和逆变器部分使 用可在操作为整流器和操作为逆变器之间转变的多电平功率变换器。大多数已知的多电平 变换器包括基于半导体的开关元件，例如包括绝缘栅双极晶体管（IGBT)的晶闽管。整流器 部分和逆变器部分通常经由中压直流(MVDC)或高压直流化YDC)链路电禪合。
[0004] 各种已知的多电平变换器拓扑结构在使用中或已可用于服务。用于已知多电平变 换器的许多直流链路包括电容器，W便促进调平DC链路内的直流电压，来稳定多电平变换 器之间的功率传输。运些电容器在本文称为"飞跨电容器"（flying capacitor)。随着变换 器中的开关元件的操作改变，飞跨电容器的电压遍及相关联多电平变换器的操作改变。而 且，每个开关装置的输出电压图和阻断电压是由飞跨电容器的电压来确定。为了得到具有 低谐波失真的适当多电平输出，并且防止装置获得过压情况，飞跨电容器电压保持在或接 近某些电压电平，其通常限定为通过多电平变换器的所有操作模式(包含启动）中用于飞跨 电容器的参考或参考电压。然而，在多电平变换器投入服务之前，飞跨电容器的电压值与工 作电压相比比较低，并且可低至零伏特。
[0005] 同样，在多电平变换器开始进行切换之前，飞跨电容器电压首先被预充电到参考 或接近于参考。另外，开关装置的服务寿命可通过暴露于过电压情况而缩短。传统上，预充 电过程需要每个飞跨电容的电压传感器。当与多电平变换器开关装置相关联的电压电平的 额定随着变换器的功率额定增加时，飞跨电容器的数量也适当增加。因此，需要更多的电压 传感器，运增加了装配和维持多电平变换器的成本，W及与控制器相关联的附加输入通道 资源进一步抬高成本。
【发明内容】
[0006] 在一个方面，提供了一种用于功率变换的电路。所述电路包括导电元件和禪合到 最接近交流(AC)电源的所述导电元件的第一开关装置。所述电路还包括禪合到最接近直流 (DC)链路的所述导电元件的电压测量装置。所述电路在所述AC电源和所述直流链路之间延 伸。所述电路还包括禪合到所述导电元件的DC电压源。所述电路还包括禪合到所述导电元 件的第一电容装置。所述第一电容装置定位在所述第一开关装置和所述电压测量装置之 间。所述电路还包括禪合到所述导电元件的第二开关装置。所述第二开关装置定位在所述 第一电容装置和所述电压测量装置之间。所述电路还包括操作地禪合到所述DC电压源、所 述电压测量装置、所述第一开关装置和所述第二开关装置的控制器。所述控制器配置成当 由所述电压测量装置生成的所测量电压信号基本上表示参考电压值时，断开所述第二开关 装置。
[0007] 在又一方面，提供了一种操作包括电路的功率变换器的方法。所述电路包括最接 近交流(AC)电源的第一部分和最接近直流(DC)链路的第二部分。所述方法包括断开最接近 所述第一部分的第一开关装置，由此基本上使所述电路与所述AC电源电气隔离。所述方法 还包括感应最接近所述第二部分的DC电压，W及将所述第一电容装置充电到第一预定电压 值。所述第一电容装置定位在所述第一开关装置和所述第二开关装置之间。所述方法还包 括测量最接近所述第二部分的所述电压，W及当在所述第二部分感应的所测量电压基本上 等于第一参考电压值时，断开所述第二开关装置。
[0008] 在另一方面，提供一种电力系统。所述电力系统包括交流(AC)电源、直流(DC)链路 和第一功率变换器，所述第一功率变换器包括在所述AC电源和所述DC链路之间延伸的电 路。所述电路包括导电元件和禪合到最接近所述AC电源的所述导电元件的第一开关装置。 所述电路还包括禪合到最接近所述DC链路的所述导电元件的电压测量装置。所述电路在所 述AC电源和所述DC链路之间延伸。所述电路还包括禪合到所述导电元件的DC电压源和禪合 到所述导电元件的第一电容装置。所述第一电容装置定位在所述第一开关装置和所述电压 测量装置之间。所述电路还包括禪合到所述导电元件的第二开关装置。所述第二开关装置 定位在所述第一电容装置和所述电压测量装置之间。所述电路还包括操作地禪合到所述DC 电压源、所述电压测量装置、所述第一开关装置和所述第二开关装置的控制器。所述控制器 配置成当由所述电压测量装置生成的所测量电压信号基本上表示参考电压值时，断开所述 第二开关装置。
[0009] 技术方案1: 一种用于功率变换器的电路，所述电路包括：
[0010] 导电元件；
[0011] 禪合到最接近交流(AC)电源的所述导电元件的第一开关装置；
[0012] 禪合到最接近直流(DC)链路的所述导电元件的电压现慢装置，其中所述电路在所 述交流电源和所述直流链路之间延伸；
[0013]禪合到所述导电元件的D地压源；
[0014] 禪合到所述导电元件的第一电容装置，所述第一电容装置定位在所述第一开关装 置和所述电压测量装置之间；
[0015] 禪合到所述导电元件的第二开关装置，所述第二开关装置定位在所述第一电容装 置和所述电压测量装置之间；和
[0016] 操作地禪合到所述DC电压源、所述电压测量装置、所述第一开关装置和所述第二 开关装置的控制器，所述控制器配置成当由所述电压测量装置生成的所测量电压信号基本 上表示参考电压值时，断开所述第二开关装置。
[0017] 技术方案2:根据技术方案1所述的电路，其中所述导电元件包括禪合到至少正DC 汇流条的第一导电元件和禪合到至少负DC汇流条的第二导电元件，所述电压测量装置配置 成测量在所述正DC汇流条和所述负DC汇流条之间延伸的至少一个DC链路装置上的电压。
[0018] 技术方案3:根据技术方案1所述的电路，其中所述第一开关装置配置成使所述电 路与AC电源隔离。
[0019] 技术方案4:根据技术方案1所述的电路，其中所述DC电压源是配置成使用预定电 压值对所述电路的供电DC预充电器。
[0020] 技术方案5:根据技术方案1所述的电路，还包括：
[0021] 禪合到所述导电元件的第二电容装置;和
[0022] 禪合到所述导电元件的第Ξ开关装置，所述第二电容装置定位在所述第二开关装 置和所述第Ξ开关装置之间，W及所述第Ξ开关装置定位在所述第二电容装置和所述电压 测量装置之间。
[0023] 技术方案6:根据技术方案5所述的电路，其中所述第一电容装置、所述第二开关装 置、所述第二电容装置和所述第Ξ开关装置限定W嵌套配置交替的多个所述开关装置和多 个所述电容装置。
[0024] 技术方案7:根据技术方案6所述的电路，其中W嵌套配置交替的所述多个所述开 关装置和所述多个所述电容装置配置成顺序地对所述多个电容装置的所述电容装置的每 一个供电至相关联的预定电压。
[0025] 技术方案8:根据技术方案1所述的电路，其中所述控制器包括比较器装置。
[0026] 技术方案9:根据技术方案1所述的电路，其中所述控制器包括计算机，其包括处理 器和禪合到所述处理器的存储装置。
[0027] 技术方案10:-种电力系统，包括：
[002引交流(AC)电源；
[0029] 直流(DC)链路;和
[0030] 第一功率变换器，其包括在所述AC电源和所述DC链路之间延伸的电路，所述电路 包括：
[0031] 导电元件；
[0032] 禪合到最接近所述AC电源的所述导电元件的第一开关装置；
[0033] 禪合到最接近所述DC链路的所述导电元件的电压测量装置，其中所述电路在所述 AC电源和所述DC链路之间延伸；
[0034] 禪合到所述导电元件的DC电压源；
[0035] 禪合到所述导电元件的第一电容装置，所述第一电容装置定位在所述第一开关装 置和所述电压测量装置之间；
[0036] 禪合到所述导电元件的第二开关装置，所述第二开关装置定位在所述第一电容装 置和所述电压测量装置之间；和
[0037] 操作地禪合到所述DC电压源、所述电压测量装置、所述第一开关装置和所述第二 开关装置的控制器，所述控制器配置成当由所述电压测量装置生成的所测量电压信号基本 上表示参考电压值时，断开所述第二开关装置。
[0038] 技术方案11:根据技术方案10所述的方法，其中感应最接近所述第二部分的DC电 压包括对DC预充电装置供电。
[0039] 技术方案12:根据技术方案10所述的方法，还包括：
[0040] 将所述第二电容装置充电到第二预定电压值，所述第二电容装置定位在所述第二 开关装置和第Ξ开关装置之间；和
[0041] 当在所述第二部分处感应的所测量电压基本上等于第二参考电压值时，断开所述 第Ξ开关装置。
[0042] 技术方案13:根据技术方案10所述的方法，其中对第一电容装置充电和断开所述 第二开关装置包括顺序地对多个电容装置中的每个电容装置供电，并且当在所述第二部分 处感应的对应所测量电压基本上等于对应的参考电压值时，顺序地断开每个第二开关装 置。
[0043] 技术方案14:根据技术方案10所述