电流控制器的制造方法
【专利摘要】一种电流控制器(10)，包括：多个端子(12a、12b、14a、14b)，用于在使用中连接至多个DC输电介质(16、18)，使得每个DC输电介质(16、18)被连接至所述多个DC端子(12a、12b、14a、14b)中的至少一个；以及电流控制单元，互连所述多个端子(12a、12b、14a、14b)，所述电流控制单元包括多个电流控制子单元(20、22、23)，每个电流控制子单元(20、22、23)在使用中被连接至相应的DC输电介质(16、18)，每个电流控制子单元(20、22、23)包括至少一个开关元件(24、28)，每个电流控制子单元(20、22、23)的所述开关元件或每个开关元件(24、28)被连接至相同的能量存储装置(26；56)以选择性地提供电压源；以及开关控制单元(100)，用以控制所述电流控制单元的每个开关元件(24、28)的切换，以在使用中将电压降(V1、V2)选择性地注入每个DC输电介质(16、18)，以便同时调节每个DC输电介质(16、18)中的电流(I1、I2)并且经由所述电流控制单元将能量从至少一个DC输电介质(16、18)转移到至少一个其他的DC输电介质(16、18)。
【专利说明】电流控制器
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电流控制器以及电流控制电路。
【背景技术】
[0002]DC电网络可以包括经由一个或多个载流导体连接至负载的电源(诸如电池)、或者使用载流导体网络连接至多个负载的多个电源。
[0003]DC电网络的一个示例是需要HVDC变换器的多端互连的DC电力网，从而可以使用电连接在一起的两个或更多HVDC变换器在DC侧交换电力。每个HVDC变换器作用为源或蓄能库(sink)以维持DC电力网的整个输入-输出的电力平衡，同时交换所需的电力。DC电力网依赖于DC输电线路或电缆的网络以实现HVDC变换器的多端互连。
【发明内容】
[0004]根据本发明的第一方面，提供一种电流控制器，包括:
[0005]多个端子，用于在使用中连接至多个DC输电介质，使得每个DC输电介质被连接至所述多个端子中的至少一个；以及
[0006]电流控制单元，互连所述多个端子，所述电流控制单元包括多个电流控制子单元，每个电流控制子单元在使用中被连接至相应的DC输电介质，每个电流控制子单元包括至少一个开关元件，每个电流控制子单元的所述开关元件或每个开关元件被连接至相同的能量存储装置以选择性地提供电压源；以及
[0007]开关控制单元，用以控制所述电流控制单元的每个开关元件的切换，以在使用中将电压降选择性地注入每个DC输电介质，以便同时调节每个DC输电介质中的电流并且经由所述电流控制单元将能量从至少一个DC输电介质转移到至少一个其他的DC输电介质。
[0008]DC输电介质可以是能够在两个或更多电气元件之间传输电功率的任意介质。这种介质可以是水下DC输电电缆、架空DC输电线路或电缆以及地下DC输电电缆，但不限于此。这种电气元件可以是DC电源、负载、DC电力网的DC端子、或DC电网络，但不限于此。
[0009]在使用中，每个DC输电介质可以经由单个端子或多个端子被连接至电流控制器。
[0010]在通过多个DC输电介质传输电力的过程中，由于例如不同DC输电介质之间导体阻抗的变化，一个DC输电介质可以带有比至少一个其他的DC输电介质更高的电流。
[0011]电流控制单元中包括电压源允许在每个DC输电介质中注入电压降。注入电压降至DC输电介质造成电压降相反从而减小此DC输电介质中电流的正阻抗效果、或者电压降有助于增大此DC输电介质中电流的负阻抗效果。
[0012]经由电流控制单元互连多个端子允许能量经由电流控制单元在多个DC输电介质之间传递。由此，在如上所述调节多个DC输电介质中电流的过程中，从正经历电流减少的一个DC输电介质中去除能量，并且经由电流控制单元将能量转移至正经历电流增大的另一个DC输电介质。
[0013]电流控制单元中包括多个电流控制子单元允许独立地控制每个电流控制子单元，以增大或减小相应DC输电介质中的电流，这进而允许简化电流控制器的控制程序。当连同大量DC输电介质一起使用电流控制器时，这是特别有利的。
[0014]同时，使得所有的电流控制子单元共用相同的单个能量存储装置为所得到的电流控制器提供了相当大的成本、重量和空间节约。
[0015]取决于多个DC输电介质的拓扑和/或电流调节要求，可以使用电流控制单元以将能量从单个DC输电介质转移至单个其他的DC输电介质、从单个DC输电介质转移至多个其他的DC输电介质、从多个DC输电介质转移至单个其他的DC输电介质、或者从多个DC输电介质转移至多个其他的DC输电介质。
[0016]电流控制单元可以是能够在不同的DC输电介质之间仅在一个方向上转移能量的单向电流控制单元。可替代地，电流控制单元可以是能够在不同的DC输电介质之间在两个方向上转移能量的双向电流控制单元。当对于一组电流控制条件需要在一个方向上转移能量并且对于另一组电流控制条件需要在另一个方向上转移能量时，双向电流控制单元是有用的。
[0017]电流控制单元可以为恒定的操作，以对多个DC输电介质中的电流实施连续调节，或者可以被间歇地操作以调节多个DC输电介质中的电流。
[0018]因此，通过在每个DC输电介质中注入电压降，根据本发明的电流控制器允许动态地、选择性地控制每个DC输电介质中的电流。对每个DC输电介质中电流的这种控制的优点在于可以将每个DC输电介质中的电流控制在特定操作范围内，以改善多个DC输电介质的输电性能。
[0019]可以利用通过在每个DC输电介质中注入电压降以修改多个DC输电介质中电流的能力来调节电流，以便最小化散热损耗并且减小每个DC输电介质超过其额定热量的风险。优选地，调节每个DC输电介质中的电流包括平衡多个DC输电介质中的电流。
[0020]另外，使用电流控制器导致可以以节能方式调节多个DC输电介质中的电流。这是因为，如上所述，在调节每个DC输电介质中电流的过程中，能量的转移包括将从一个DC输电介质中去除的能量传递至另一个DC输电介质。当增大或减小每个DC输电介质中的电流时，这从而无需用以将能量增加至DC输电介质的额外能量源以及无需用以存储或耗散从DC输电介质去除的能量的额外能量蓄能库(诸如存储电容器或耗散电阻器)。使用额外的能量源或蓄能库将给多个DC输电介质添加非常大的花费、尺寸和重量。另外，使用损耗电阻器将不仅增大电流控制器中的损耗，还可能需要使用冷却系统，这将增加电流控制器的整体复杂性。
[0021]另外，在每个DC输电介质的任一端处，可以独立于电气元件的操作来实施调节每个DC输电介质中电流的电流控制器的使用。这无需为电气元件重新设计控制程序以便适应调节每个DC输电介质中电流的需要。
[0022]为了进一步改善电流控制器的效率，由电流控制单元从至少一个DC输电介质转移的能量或能量的总和优选地等于由电流控制单元转移到至少一个其他的DC输电介质的能量或能量的总和。
[0023]电压降可以是可变的。电压降还可以是正DC电压降或负DC电压降。
[0024]使用可变电压降允许调节正经历可变电流条件的每个DC输电介质中的电流。
[0025]电流控制单元可以包括多个开关元件，其可以包括串联连接的多个开关元件、并联连接的多个开关元件、和/或串联连接和并联连接开关元件的组合，但不限于此。
[0026]为了实施其电流调节作用，电流控制器可以被布置具有不同的配置，如下为其一些示例。
[0027]在本发明的实施例中，至少一个电流控制子单元可以在两个方向上传导电流。这使得在多个DC输电介质中的一个或更多的电流方向相反的环境中，电流控制器可以兼容使用。
[0028]至少一个电流控制子单元可以包括串联连接的多个开关元件。
[0029]至少一个电流控制子单元可以包括以全桥布置与能量存储装置并联连接的多个开关元件，以便能够提供双向电压。
[0030]每个能量存储装置可以是，例如，电容器、燃料电池、电池或能够存储或释放其电能以提供电压的任何其他能量存储装置。
[0031]每个开关元件可以是或可以包括半导体器件，例如绝缘栅双极型晶体管、栅极可关断晶闸管、场效应晶体管、绝缘门极换向晶闸管、注入增强栅晶体管、集成门极换流晶闸管或任何其他串联或并联的自换向半导体器件。
[0032]在其他实施例中，多个电流控制子单元可以包括第一电流控制子单元和第二电流控制子单元，所述第一电流控制子单元包括以全桥布置与所述能量存储装置并联连接的多个第一开关元件，并且所述第二电流控制子单元包括以全桥布置与所述相同能量存储装置并联连接的多个第二开关元件。
[0033]在本发明的其他实施例中，所述电流控制单元还可以包括:
[0034]第一端口，用于限定在使用中连接至第一 DC输电介质的第一端子；
[0035]第二端口，用于限定在使用中连接至第二 DC输电介质的第二端子；
[0036]第三端口，用于限定在使用中连接至第三DC输电介质的第三端子；
[0037]第一电流控制子单元包括跨接在所述能量存储装置两端的一对第一开关元件，所述一对第一开关元件之间的中点被连接至所述第一端口 ；
[0038]第二电流控制子单元包括跨接在所述能量存储装置两端的一对第二开关元件，所述一对第二开关元件之间的中点被连接至所述第二端口 ；以及
[0039]第三电流控制子单元包括跨接在所述能量存储装置两端的一对第三开关元件，所述一对第三开关元件之间的中点被连接至所述第三端口。
[0040]以这种方式配置电流控制单元导致形成三端口电流控制器。
[0041]三端口电流控制器的电流控制单元的模块化拓扑和组件的数量可以延伸至适应一个或更多额外端口(例如，第四端口、第五端口等)以限定多端口电流控制器。例如，电流控制单元可以被延伸至包括用于限定在使用中连接至额外DC输电介质的额外端子的额外端口，并且电流控制单元还可以包括跨接在能量存储装置两端的一对额外开关元件，从而所述一对额外开关元件的中点被连接至额外端口。这种电流控制单元中端口的数量可以取决于相关的DC输电线路的数量和相关的DC电路的拓扑而变化。
[0042]所述电流控制单元还可以包括电子滤波电路，以在使用中对每个DC输电介质中的电流选择性地进行电子滤波。电子滤波电路可以包括一个或多个串联电感器、一个或多个并联电容器、多个串联电容器和串联电感器、和/或一个或多个电阻元件，但不限于此。电子滤波电路可以被调制为待被最小化的一个或多个谐频。
[0043]在使用中，所述开关控制单元可以切换每个开关元件以选择性地限定电子滤波电路以对每个DC输电介质中的所述电流进行电子滤波。
[0044]具有对每个DC输电介质中的电流进行电子滤波的能力允许从每个DC输电介质中的电流去除不需要的组件。这种不需要的组件可以包括在操作电流控制器以调节多个DC输电介质中电流的过程中出现的DC谐波，但不限于此。
[0045]根据本发明的第二方面，提供一种电流控制电路，包括:
[0046]多个DC输电介质，用于互连多个电气元件；以及
[0047]根据任一项前述权利要求所述的电流控制器，
[0048]其中每个DC输电介质被连接至所述电流控制器的所述多个端子中的至少一个。
[0049]根据本发明的电流控制器和电流控制电路适应于需要经由两个或更多个DC输电介质在两个电气元件之间传输DC电力的低压、中压和高压DC应用。
[0050]根据本发明的电流控制器和电流控制电路适应于具有不同数量的电气元件和DC输电介质、以及不同拓扑的多个DC输电介质以互连电气元件的不同DC电路。这种DC电网络可以是网状连接DC电力网或射线状连接DC电力网，但不限于此。
【专利附图】
【附图说明】
[0051]现在将参照附图，通过非限制示例来描述本发明的优选实施例，附图中:
[0052]图1以示意图形式示出包括电流控制器的第一布置的电流控制电路；
[0053]图2示出图1的电流控制器的操作；
[0054]图3以示意图形式示出图1的电流控制电路的示例性EMTDC/PSCAD模型，用于模拟如图2所示的电流控制器的操作；
[0055]图4示出图3的EMTDC/PSCAD模型的模拟结果；
[0056]图5以示意图形式示出包括根据本发明的第一实施例的电流控制器的电流控制电路；以及
[0057]图6以示意图形式示出包括根据本发明的第二实施例的电流控制器的电流控制电路。
【具体实施方式】
[0058]图1示出电流控制器10的第一布置(未形成本发明的一部分)。
[0059]电流控制器10包括多个端子以及电流控制单元。
[0060]多个端子限定一对第一端子12a、12b以及一对第二端子14a、14b。在使用中，所述一对第一端子12a、12b与第一 DC输电线路16串联连接，同时所述一对第二端子14a、14b与第二 DC输电线路18串联连接。
[0061]电流控制单元包括第一电流控制子单元20和第二电流控制子单元22。第一电流控制子单元20包括以全桥布置与第一电容器26并联连接的多个第一开关元件24，并且第二电流控制子单元22包括以全桥布置与第二电容器30并联连接的多个第二开关元件28。
[0062]第一开关元件24和第二开关元件28中的每个由以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)形式的半导体器件构成。第一开关元件24和第二开关元件28中的每个还包括与其并联连接的反平行二极管32。
[0063]在其他布置中(未示出)，应设想到一个或多个开关元件可以是或者可以包括不同的半导体器件，诸如栅极可关断晶闸管、场效应晶体管、绝缘门极换向晶闸管、注入增强栅晶体管、集成门极换流晶闸管或任何其他串联或并联的自换向半导体器件。
[0064]还应设想到，在其他布置中(未示出)，每个电容器可以被替换为不同的能量存储装置，诸如燃料电池、电池或能够存储或释放其电能以提供电压的任何其他能量存储装置。
[0065]第一电流控制子单元20串联连接在所述一对第一端子12a、12b之间，而第二控制子单元22串联连接在所述一对第二端子14a、14b之间。因此，在使用中，第一电流控制子单元20与第一 DC输电线路16串联连接，并且第二电流控制子单元22与第二 DC输电线路18串联连接。每个电流控制子单元20、22与相应DC输电线路16、18之间的串联连接意味着每个电流控制子单元20、22可以具有明显低于相应DC输电线路16、18与地之间电压差的电压等级。
[0066]在使用中，通过改变每个电流控制子单元20、22的相应开关元件24、28的状态，每个电流控制子单元20、22的电容器26、30被选择性地旁路或者插入具有相应DC输电线路16、18的电路。
[0067]特别地，当每个电流控制子单元20、22中的相应开关元件24、28被配置为形成每个电流控制子单元20、22中的短路时，每个电流控制子单元20、22的电容器26、30被旁路。这使得在相应DC输电线路16、18中的电流Ip I2经过短路并且旁路电容器，并且因而每个电流控制子单元20、22在相应的一对端子12a、12b、14a、14b两端注入零电压降'、V2并且与相应DC输电线路16、18串联。
[0068]特别地，当每个电流控制子单元20、22中的相应开关元件24、28被配置为允许相应DC输电线路16、18中的电流I1、12流入和流出电容器26、30时，每个电流控制子单元20、22的电容器26、30被插入具有相应DC输电线路16、18的电路。然后每个电容器26、30充电或放出其存储的能量以便提供非零电压降'、\。每个电容器26、30可以正向或反向插入电路以便在相应的一对端子12a、12b、14a、14b两端注入正电压降V1或负电压降V 2并且与相应DC输电线路16、18串联。
[0069]以这种方式，每个电流控制子单元20、22能够在相应的一对端子12a、12b、14a、14b两端提供双向电压降，并且在两个方向上传导电流，即每个电流控制子单元20、22能够在四个象限中操作。
[0070]因此，在每个电流控制子单元20、22中开关元件24、28和电容器26、30的配置允许每个电流控制子单元20、22选择性地提供电压源。
[0071]第一电容器26和第二电容器30并联连接以电耦合第一电流控制子单元20和第二电流控制子单元22以允许在使用中在第一电流控制子单元20与第二电流控制子单元22之间传递能量。
[0072]电流控制器10还包括开关控制单元100以控制第一电流控制子单元20和第二电流控制子单元22的开关元件24、28的切换。
[0073]参照图2，如下描述图1的电流控制器10的操作。
[0074]在使用中，所述一对第一端子12a、12b经由第一 DC端子36与位于第一 DC电网络34和第二 DC电网络38之间的第一 DC输电线路16串联连接，同时所述一对第二端子14a、14b经由第一 DC端子36与第一 DC电网络34和第二 DC电网络38串联连接。以这种方式，第一 DC输电线路16和第二 DC输电线路18在第一 DC电网络34与第二 DC电网络38之间并联连接。这允许第一 DC输电线路16和第二 DC输电线路18将电力从第一 DC电网络34传输至第二 DC电网络38。
[0075]在通过第一 DC输电线路16和第二 DC输电线路18传输电力的过程中，第一 DC输电线路中的电流I1可以高于第二 DC输电线路中的电流12。由于第一 DC输电线路16与第二 DC输电线路18之间导体阻抗的变化，可能出现电流I1' 12的差别。
[0076]为了减小第一 DC输电线路16中的电流I1，开关控制单元100切换第一电流控制子单元20的第一开关元件24以注入与第一 DC输电线路16串联的第一非零电压降％。第一非零电压降V1的方向被设置为使得与第一 DC输电线路16串联的第一非零电压降V ^勺施加造成正阻抗效果，其中第一非零电压降V1相反(oppose)并且从而减小在第一 DC输电线路16中流动的电流Ip
[0077]同时，为了增大第二 DC输电线路18中的电流I2，开关控制单元100切换第二电流控制子单元22的第二开关元件28以注入与第二 DC输电线路18串联的第二非零电压降V2。第二非零电压降V2的方向被设置为使得与第二 DC输电线路18串联的第二非零电压降%的施加造成负阻抗效果，其中第二非零电压降V2有助于增大在第二 DC输电线路18中流动的电流I2。
[0078]同时，与第一电流控制子单元20与第二电流控制子单元22之间的电耦合一同施加第一非零电压降V1和第二非零电压降V2，允许能量经由电流控制单元在DC输电线路16、18之间传递。以这种方式，从正经历电流I1减小的第一 DC输电线路16中去除能量E1，并且通过电流控制单元转移能量的方式，该能量E1被添加至正经历电流I 2增大的第二 DC输电线路18。由电流控制单元从第一 DC输电线路16转移的能量选地等于由电流控制单元转移至第二输电线路18的能量E2,以便最小化在能量转移过程中由电流控制单元造成的损耗。
[0079]通过示例，图3示出图1的电流控制电路的EMTDC/PSCAD模型，用于模拟电流控制器10的操作。图3的模型在结构和操作上与图1所示的电流控制电路类似，并且相似的特征共用相同的附图标记。
[0080]图3的模型还包括以下特征:
[0081]?第一 DC电网络34是第一 DC变换器；
[0082]?第二 DC电网络38包括由第三DC输电线路44互连的第二 DC端子40和第三DC端子42 ;
[0083]?第二 DC端子40和第三DC端子42被分别连接至第二 DC变换器46和第三DC变换器48;并且
[0084].选取DC变换器34、46、48的电压以在第一 DC变换器34处产生l.0pu的额定电流并且在第二 DC变换器46和第三DC变换器48处产生0.5pu的额定电流。
[0085]然后减小第一 DC输电线路16的阻抗以产生第一 DC输电线路16与第二 DC输电线路18之间的电流不平衡，从而第一 DC输电线路16和第二 DC输电线路18中的电流分别为 0.628puA 和 0.372pUo
[0086]图4示出图3的EMTDC/PSCAD模型的模拟结果。在t = O处，电流控制器10被禁用(disabled)。在t = I秒处，启用(enable)电流控制器10以调节第一 DC输电线路16和第二 DC输电线路18中的电流Ip 12。如上文参照图2所述，电流控制器10的操作导致从第一 DC输电线路16转移能量至第二 DC输电线路18，结果使得第一 DC输电线路16和第二 DC输电线路18中的电流I1U2均衡至0.5pu的电流电平。同时，除了当启用电流控制器10时电流的初始瞬值上升之外，第三DC输电线路44中的电流I3保持在0.0puO
[0087]应当理解的是，调节DC输电线路16、18中的电流不总包括平衡DC输电线路16、18中的电流Ip I2O例如，可以控制电流控制器10以将第一 DC输电线路16中的电流1^咸小至高于或低于第二 DC输电线路18中的电流12的值，而不是将DC输电线路16、18中的电流I1' I2平衡至相同的电流电平。
[0088]可以连续不断地或间歇地操作电流控制器10以调节DC输电线路16、18中的电流
I1.12。电流控制器10的间歇操作包括每当相应的DC输电线路16、18中不需要电流调节时，周期地旁路第一电流控制子单元20和第二电流控制子单元22的两个电容器26、30以在相应的一对端子12a、12b、14a、14b两端注入零电压降\、\。
[0089]因此，以这种方式操作电流控制器10能够调节DC输电线路16、18中的电流I1U2,并且从而允许动态地、选择性地控制每个DC输电线路16、18中的电流Ip 12。对每个DC输电线路16、18中电流I1U2的这种控制的优点在于可以将每个DC输电线路16、18中的电流Ip 12控制在特定操作范围内以改善DC输电线路16、18的输电性能。
[0090]可以利用电流控制器10以调节DC输电线路16、18中的电流I1U2,以便最小化耗散性损耗并且减小每个DC输电线路16、18超过其额定热量的风险。
[0091]每个电流控制子单元20、22注入与相应DC输电线路16、18串联的双向电压的能力形成具有弹性的电流控制器10，其还能够解决第一 DC输电线路16与第二 DC输电线路18之间在相反方向上的电流不平衡，其中第二 DC输电线路18带有高于第一 DC输电线路16的电流。
[0092]每个电流控制子单元20、22在两个方向上传导电流的能力使得电流控制器10可以在第一 DC电网络34与第二 DC电网络38之间的电流方向是相反的环境中兼容使用。
[0093]另外，使用电流控制器10导致可以以节能方式调节DC输电线路16、18中的电流In I2O这是因为在调节每个DC输电线路16、18中电流Ip I2的过程中能量的转移包括将从一个DC输电线路16中去除的能量E1传递至另一个DC输电线路18。当增大或减小每个DC输电线路16、18中的电流I1UJt，这从而无需用以将能量增加至DC输电线路16、18的额外能量源以及无需用以存储或耗散从DC输电线路16、18去除的能量的额外能量蓄能库(诸如存储电容器或耗散电阻器)。使用额外的能量源或蓄能库将显著增加电流控制器10的成本、尺寸和重量。另外，使用耗散电阻器将不仅增大DC输电线路16、18中的耗散性损失，还可能需要使用冷却系统，这将增加电流控制器10的整体复杂性。
[0094]另外，在每个DC输电线路Ip I2的任一端处，可以独立于DC电网络34、36的操作来实施调节每个DC输电线路16、18中电流Ip I2的电流控制器10的使用。这无需为DC电网络34、36重新设计控制程序以便适应调节每个DC输电线路16、18中电流Ip 12的需要。
[0095]开关控制单元100可以切换每个开关元件24、28以选择性地限定电子滤波电路，以在使用中对每个DC输电线路16、18中的电流^、^进行电子滤波。
[0096]具有对每个DC输电线路16、18中的电流I1' I2进行电子滤波的能力允许从每个DC输电线路16、18中的电流Ip 12中去除不需要的分量。这种不需要的分量可以包括但不限于:在操作电流控制器10以调节多个DC输电线路16、18中电流Ip 12的过程中出现的DC谐波。
[0097]应设想到，在其他实施例中，电流控制单元还可以包括电子滤波电路，以在使用中对每个DC输电线路16、18中电流I1、I2选择性地进行电子滤波。这种电子滤波电路可以包括但不限于一个或多个串联电感器、一个或多个并联(shunt)电容器、多个串联电容器和串联电感器、和/或一个或多个电阻元件。电子滤波电路可以被调制为待被最小化的一个或多个谐频。
[0098]图5示出根据本发明的第一实施例的电流控制器110。图5中电流控制器110的第一实施例与图1所示的前述电流控制器10的结构和操作类似，并且相似的特征共用相同的附图标记。
[0099]第一电流控制器110与前述电流控制器10的不同之处在于，在第一电流控制器110 中:
[0100].第一电流控制子单元20包括以全桥布置与第一电容器26并联连接的多个第一开关元件24;以及
[0101].第二电流控制子单元22包括以全桥布置与相同的第一电容器26并联连接的多个第二开关元件28。
[0102]因此，第一电流控制子单元20和第二电流控制子单元22共用相同的第一电容器
26 ο
[0103]在使用中，通过改变每个电流控制子单元20、22的相应开关元件24、28的状态，第一电容器26被选择性地旁路或者插入具有相应DC输电线路16、18的电路。
[0104]第一电流控制器110的第一电容器26与前述电流控制器10的每个电流控制子单元20、22的电容器26、30相似的方式被旁路，如上所述。
[0105]当每个电流控制子单元20、22中的开关元件24、28被配置为允许相应DC输电线路16、18中的电流IP 12流入和流出第一电容器26时，第一电容器26被插入具有相应DC输电线路16、18的电路。然后第一电容器26充电或放出其存储的能量以便提供非零电压降VPV2。第一电容器26可以正向或反向插入具有相应DC输电线路16、18的电路，以便在相应的一对端子12a、12b、14a、14b两端注入正电压降V\或负电压降V2，并且与相应DC输电线路16、18串联。
[0106]共用相同的第一电容器26导致第一电流控制子单元20和第二电流控制子单元22被电耦合，并且从而允许能量在第一电流控制子单元20和第二电流控制子单元22之间传递。
[0107]图6示出根据本发明的第二实施例的电流控制器210。图6中电流控制器210的第二实施例与图5中的电流控制器110的第一实施例的结构和操作类似，并且相似的特征共用相同的附图标记。
[0108]第二电流控制器210与第一电流控制器110的不同之处在于，在第二电流控制器210 中:
[0109].电流控制单元还包括第一端口 50、第二端口 52以及第三端口 54 ；
[0110].第一端口 50限定第一端子，用于在使用中连接至第一 DC输电线路16 ;
[0111].第二端口 52限定第二端子，用于在使用中连接至第二 DC输电线路18 ;
[0112].第三端口 54限定第三端子，用于在使用中连接至第三DC输电线路44。在使用中，第三DC输电线路44被连接在第三端口 54与DC端子36之间；
[0113].电流控制单元包括以电容器56形式的能量存储装置，第一电流控制子单元20包括一对第一开关元件58a、58b，第二电流控制子单元22包括一对第二开关元件60a、60b，并且第三电流控制子单元23包括一对第三开关元件62a、62b ;
[0114]?所述一对第一开关元件58a、58b被跨接在电容器56两端。所述一对第一开关元件58a、58b的中点被连接至第一端口 50 ；
[0115]?所述一对第二开关元件60a、60b被跨接在电容器56两端。所述一对第二开关元件60a、60b的中点被连接至第二端口 52 ；
[0116]?所述一对第三开关元件62a、62b被跨接在电容器56两端。所述一对第三开关元件62a、62b的中点被连接至第三端口 54。
[0117]每个开关元件58a、58b、60a、60b、62a、62b由以IGBT形式的半导体器件构成。每个开关元件58a、58b、60a、60b、62a、62b还包括与其并联连接的反平行二极管32。
[0118]以这种方式配置电流控制单元导致形成三端口电流控制器210。
[0119]在使用中，通过改变相应开关元件58a、58b、60a、60b、62a、62b的状态，电容器56被选择性地旁路或者插入具有相应DC输电线路16、18、44的电路。
[0120]如上所述，以与第一电流控制器110的第一电容器26类似的方式来旁路第二电流控制器210的电容器56。
[0121]当开关元件58a、58b、60a、60b、62a、62b被配置为允许相应DC输电线路16、18、44中的电流I1、I2、I3流入和流出电容器56时，电容器56被插入具有相应DC输电线路16、18、44的电路。然后电容器56充电或放出其存储的能量以便将非零电压降V1、V2注入具有相应DC输电线路16、18、44的电路。
[0122]开关控制单元110控制电流控制单元的开关元件58a、58b、60a、60b、62a、62b的切换。
[0123]因此，三端口电流控制器210的配置允许在调节DC输电线路16、18、44中电流Ip12、13的过程中，能量经由电流控制单元在第一 DC输电线路16、第二 DC输电线路18与第三DC输电线路44之间传递。
[0124]应设想到，在本发明的其他实施例中，三端口电流控制器210的电流控制单元的模块化拓扑和组件的数量可以延伸至适应一个或更多额外端口(例如，第四端口、第五端口等)以限定多端口电流控制器。例如，电流控制单元可以被延伸至包括用于限定在使用中连接至额外DC输电介质的额外端子的额外端口，并且电流控制单元还可以包括跨接在电容器56两端的一对额外开关元件，从而所述一对额外开关元件之间的中点被连接至额外端口。这种电流控制单元中端口的数量可以取决于相关的DC输电线路的数量和相关的DC电路的拓扑而变化。
[0125]在图1至图3、图5和图6所示的电流控制单元中，DC输电线路16、18、44在地面电位处为具有回流导体(return conductor)的单极点配置。这种电流控制器10、100、210还可以与具有对称单极点或双极配置的DC输电线路一同使用。
[0126]根据本发明的电流控制器110、210和电流控制电路适应于具有不同数量的电气元件和DC输电线路、以及不同拓扑的多个DC输电线路以互连电气元件的不同DC电路。这种DC电网络可以是网状连接DC电力网或射线状连接DC电力网，但不限于此。
[0127]在这种DC电路中，取决于DC输电线路的拓扑和/或电流调节要求，可以使用电流控制单元以将能量从单个DC输电线路转移至单个其他的DC输电线路、从单个DC输电线路转移至多个其他的DC输电线路、从多个DC输电线路转移至单个其他的DC输电线路、或者从多个DC输电线路转移至多个其他的DC输电线路。
[0128]应设想到，在其他实施例中，每个DC输电线路可以被替换为水下DC输电电缆、架空DC输电电缆、地下DC输电电缆、或者传输两个或多个电气元件之间电力的任何DC输电介质，但不限于此。
【权利要求】
1.一种电流控制器，包括: 多个端子，用于在使用中连接至多个IX:输电介质，使得每个IX:输电介质被连接至所述多个端子中的至少一个； 电流控制单元，互连所述多个端子，所述电流控制单元包括多个电流控制子单元，每个电流控制子单元在使用中被连接至相应的IX:输电介质，每个电流控制子单元包括至少一个开关元件，每个电流控制子单元的所述开关元件或每个开关元件被连接至相同的能量存储装置以选择性地提供电压源；以及 开关控制单元，用以控制所述电流控制单元的每个开关元件的切换，以在使用中将电压降选择性地注入每个IX:输电介质，以便同时调节每个IX:输电介质中的电流并且经由所述电流控制单元将能量从至少一个IX:输电介质转移到至少一个其他的IX:输电介质。
2.根据权利要求1所述的电流控制器，其中调节每个IX:输电介质中的电流包括平衡所述多个IX:输电介质中的电流。
3.根据任一项前述权利要求所述的电流控制器，其中由所述电流控制单元从至少一个IX:输电介质转移的所述能量或所述能量的总和，等于由所述电流控制单元转移到至少一个其他的IX:输电介质的所述能量或所述能量的总和。
4.根据任一项前述权利要求所述的电流控制器，其中所述电压降是可变的。
5.根据任一项前述权利要求所述的电流控制器，其中所述电压降是正IX:电压降或负00电压降。
6.根据任一项前述权利要求所述的电流控制器，其中至少一个电流控制子单元在两个方向上传导电流。
7.根据任一项前述权利要求所述的电流控制器，其中至少一个电流控制子单元包括串联连接的多个开关元件。
8.根据任一项前述权利要求所述的电流控制器，其中至少一个电流控制子单元包括以全桥布置与能量存储装置并联连接的多个开关元件。
9.根据权利要求8所述的电流控制单元，其中所述多个电流控制子单元包括第一电流控制子单元和第二电流控制子单元，所述第一电流控制子单元包括以全桥布置与所述能量存储装置并联连接的多个第一开关元件，并且所述第二电流控制子单元包括以全桥布置与所述相同能量存储装置并联连接的多个第二开关元件。
10.根据任一项前述权利要求所述的电流控制器，其中所述电流控制单元还包括: 第一端口，用于限定在使用中连接至第一 IX:输电介质的第一端子； 第二端口，用于限定在使用中连接至第二 IX:输电介质的第二端子； 第三端口，用于限定在使用中连接至第三IX:输电介质的第三端子； 第一电流控制子单元包括跨接在所述能量存储装置两端的一对第一开关元件，所述一对第一开关元件之间的中点被连接至所述第一端口； 第二电流控制子单元包括跨接在所述能量存储装置两端的一对第二开关元件，所述一对第二开关元件之间的中点被连接至所述第二端口 ；以及 第三电流控制子单元包括跨接在所述能量存储装置两端的一对第三开关元件，所述一对第三开关元件之间的中点被连接至所述第三端口。
11.根据任一项前述权利要求所述的电流控制器，其中所述电流控制单元还包括电子滤波电路，以在使用中对每个IX:输电介质中的电流选择性地进行电子滤波。
12.根据任一项前述权利要求所述的电流控制器，其中在使用中所述开关控制单元切换每个开关元件以选择性地限定电子滤波电路，以对每个IX:输电介质中的所述电流进行电子滤波。
13.一种电流控制电路，包括: 多个％输电介质，用于互连多个电气元件；以及 根据任一项前述权利要求所述的电流控制器， 其中每个IX:输电介质被连接至所述电流控制器的所述多个端子中的至少一个。
【文档编号】H02J1/10GK104508934SQ201380040411
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2012年6月1日
【发明者】罗伯特·怀特豪斯, 卡尔·大卫·巴尔克 申请人:阿尔斯通技术有限公司