本发明涉及一种包括链环式变换器(chain-linkconverter)和开关控制单元的电气设备，并且涉及一种识别这种电气设备中链环式子模块位置的方法。
背景技术：
一个或更多链环式变换器常用于电压源变换器(VSC)中，诸如用来传输直流(DC)电力的那些电压源变换器，或者常用于静止补偿器(STATCOM)中。
图1、图2(a)和图2(b)示意性地示出典型的电压源变换器。电压源变换器10包括第一DC端子12和第二DC端子14，变换器臂16在第一DC端子12与第二DC端子14之间延伸。其它电压源变换器可以包括一个以上的变换器臂16，具体地说，可以包括三个变换器臂，每一个变换器臂对应于三相电力系统的给定相。
变换器臂16包括由交流(AC)端子22隔开的第一臂部18和第二臂部20。
在使用中，第一DC端子12和第二DC端子14分别连接至DC网络的正端子和负端子，并且AC端子22连接至AC网络。
每一个臂部18、20包括在AC端子22与第一DC端子12或第二DC端子14中相应一个之间延伸的链环式变换器24。每一个链环式变换器24包括多个串联连接的链环式模块26，并且每一个链环式模块26进而包括多个(例如，八个)串联连接的链环式子模块28。
每一个链环式子模块28包括与呈电容器32形式的能量储存装置并联连接的大量开关元件30。在示出的布置中，每一个开关元件30包括与反并联二极管36并联连接的例如呈绝缘栅双极型晶体管(IGBT)形式的半导体器件34。然而，可以使用其它半导体器件。
图2(a)示出示例第一链环式子模块28，其中开关元件30的第一对和第二对38、40与电容器32以已知的全桥结构连接以限定4象限双极模块。开关元件30的切换选择性地引导电流通过电容器32或者使电流旁路(绕过)电容器32，使得第一子模块28能够提供零电压、正电压或负电压，并且能够在两个方向上传导电流。
图2(b)示出示例第二链环式子模块28，其中仅第一对38开关元件30以已知的半桥结构与电容器32并联连接以限定2象限单极模块。以类似于第一链环式子模块28的方式，开关元件30的切换同样选择性地引导电流通过电容器32或者使电流旁路电容器32，使得第二子模块28能够提供零电压或正电压，并且能够在两个方向上传导电流。
以此方式，通过将电容器32插入多个链环式子模块28(每一个子模块28提供其自身电压)，可以在每一个链环式模块26两端建立组合电压，该组合电压高于从每一个单独的子模块28可获得的电压。
而且，类似地，可以通过结合从每一个链环式模块26可获得的单个电压而在每一个链环式变换器24两端建立组合电压。
因此，链环式模块26的每一个与其相关联的链环式子模块28一起工作，以允许链环式变换器24提供步阶式可变电压源。这允许使用步进式近似在每一个链环式变换器24两端产生电压波形。以此方式操作每一个链环式变换器24可用于在AC端子22处产生AC电压波形，从而使电压源变换器10在AC网络与DC网络之间提供上述电力传输功能。
为了使产生的波形与AC波形的近似程度符合期望，每一个链环式变换器24常需要包括数百个链环式模块26，进而，典型地包括几千个链环式子模块28。每一个子模块28常单独地通过唯一的序列号来识别，该序列号在子模块28的制造期间创建并且通常在粘附到子模块28的外部的序列号标签上显示。
子模块28的每一个经由离散的电磁辐射管道(导管)的网络(未示出)布置为与控制单元进行通信。
众所周知，为了使这种网络有效地运营，控制单元与每一个子模块28之间的电磁辐射管道具有相同的长度是期望的。
链环式子模块28中的开关元件30和/或电容器32可能时常失效，这使得修复或更换给定子模块28变得必需。在这样的情况下，在相关联的链环式变换器24内物理定位子模块28也变得必需。由于每一个子模块28的操作与其在链环式变换器24内的位置无关，因而为了正常运行，并不需要每一个子模块知道其在链环式变换器24内的物理位置。结果是，没有能够为例如相关联控制系统自动地提供其物理位置的细节的子模块28。
同时，在例如典型的电压源变换器10中的相当大量的这些子模块28意味着使维修操作人员目视检查每一个序列号标签以识别有缺陷的子模块28是非常耗费时间的。当为了确保子模块28各自与地面隔离，子模块28通常难以从地平面接近的时候，这尤其耗费时间。
另外，因为在制造商到现场的运输过程中的变幻莫测意味着特定的子模块28可能会延误或遭到损坏，这可能妨碍链环式变换器24正在进行的安装，所以例如，在制造子模块期间，在这种链环式变换器24内预先分配子模块28的物理位置是不太实际的。
已经进行了大量尝试来减少在链环式变换器24内物理定位子模块28的上述困难。
一个示例是在链环式变换器24的安装期间创建电子文件或纸质文件，其中记录有针对其序列号的每一个子模块28的物理位置。
也可以例如通过各种开关设置方式在本地对每一个子模块28进行编程，将其物理位置作为初始安装过程的一部分。
然而，前述尝试的解决方案的每一个需要人工操作人员创建并保持更新所需的物理位置信息。如此，这些过程容易产生人为错误，因此常需要进行上述耗费时间的目视检查。
因此，需要一种在链环式变换器内物理定位一个或更多子模块的改善手段，其最小化发生人为错误的风险并且因此降低所需耗费时间目视检查的可能性。
技术实现要素：
根据本发明的第一方面，提供了一种电气设备，包括：
链环式变换器，包括多个链环式子模块，多个链环式子模块的每一个可操作以提供电压源；以及
开关控制单元，用于控制该多个链环式子模块，开关控制单元通过电磁辐射管道被操作性与每一个链环式子模块互连，开关控制单元与至少一个链环式子模块之间的电磁辐射管道的长度与开关控制单元与至少一个其它链环式子模块之间的电磁辐射管道的长度不同，并且开关控制单元配置为辨别电磁信号通过每一个长度不同电磁辐射管道传播所花费的时间之差，从而识别与每一个长度不同电磁辐射管道相关联的所述或每一个链环式子模块。
包括至少两个长度不同电磁辐射管道，这允许开关控制单元根据电磁信号通过给定的长度不同的电磁辐射管道传播所花费的时间来识别与该给定的电磁辐射管道相关联的所述或每一个链环式子模块。因此，开关控制单元能够识别所述或每一个所述链环式子模块，而无任何人工干预。
而且，例如，在给定链环式变换器的安装期间，可以选择至少两个长度不同电磁辐射管道的各个长度，使得每一个长度与链环式变换器的预定连接布局内的所述或每一个相应链环式子模块的空间布置对应，同样使得在确定链环式变换器内所述或每一个所述相应链环式子模块的至少近似物理位置的过程中不需要人工干预。
因而，可以物理定位给定链环式子模块，而无需人工操作人员的任何干预，因此大大降低了需要进行耗费时间的目视检查的可能性。
优选地，每一个链环式子模块通过电磁辐射管道被操作性地与开关控制单元互连，该电磁辐射管道具有与每一个其它电磁辐射管道长度不同的长度。
这种布置提供了能够在链环式变换器内物理定位每一个单独的链环式子模块的开关控制单元的选择权。这种布置从而能够进一步减少维修操作人员物理定位(因此修复或更换)给定子模块所花费的时间。
可选地，链环式子模块布置在各个组中，每一个组限定链环式模块，在开关控制单元与每一个各个链环式模块之间延伸的电磁辐射管道布置在相应组的电磁辐射管道中，并且各个所述组电磁辐射管道内的每一个电磁辐射管道的长度落入与所述或每一个其它组电磁辐射管道内的电磁辐射管道的离散长度范围不同的离散长度范围。
使与各个链环式模块相关联的给定组电磁辐射管道内的每一个电磁辐射管道的长度落入离散长度范围有助于将一致性的程度保持为使所述长度与链环式变换器中相应的链环式子模块的空间布置对应，即与链环式变换器的物理布局对应。
在本发明的优选实施例中，链环式子模块布置在各个组中，每一个组限定链环式模块，在开关控制单元与每一个各个链环式模块之间延伸的电磁辐射管道布置在相应组的电磁辐射管道中，各个所述组电磁辐射管道内的电磁辐射管道具有相同的长度，该长度与所述或每一个其它组电磁辐射管道内的电磁辐射管道的长度不同。
由于在此安装期间不需要区分去往特定链环式模块的单独电磁辐射管道，所以在与各个链环式模块相关联的给定组的电磁辐射管道内包括长度全都相同的电磁辐射管道简化了链环式模块的安装。尽管如此，这种布置仍允许开关控制单元精确定位特定链环式模块内的每一个子模块的物理位置。
每一个电磁辐射管道可以包括唯一可视识别符。这种识别符有助于确保在安装期间将每一个电磁辐射管道正确地互连在例如正确的链环式模块或链环式子模块与开关控制单元中的相应正确连接端子之间。
优选地，每一个各个组的电磁辐射管道中的电磁辐射管道共享共同可视识别符，一个组的共同可视识别符与所述或每一个其它组的电磁辐射管道的共同可视识别符不同。
这种布置方便地协助将开关控制单元与给定链环式模块的子模块正确地互连。
在本发明的另一个优选实施例中，每一个电磁辐射管道包括操作性地连接至开关控制单元的第一管道部和朝向相应的链环式子模块延伸的第二管道部，从而第二管道部具有彼此相同的长度，而每一个第一管道部具有的长度被选择用于限定给定电磁辐射管道的整体长度相对于一个或更多其它电磁辐射管道的整体长度之差。
包括具有相同长度的第二管道部简化了每一个链环式子模块与例如管道外壳之间第二管道部的安装，该管道外壳为链环式子模块的每一个所共用。
可选地，每一个第一管道部包括主要部和互连部，主要部具有彼此相同的长度，而每一个互连部具有的长度被选择用于限定相应的电磁辐射管道的整体长度相对于一个或更多其它电磁辐射管道的整体长度之差。
这种布置还简化了例如开关控制单元与管道外壳之间的主要部的安装，该管道外壳为每一个链环式子模块所共用，而各种长度不同的互连部能容易地位于所述管道外壳中。
优选地，每一个链环式模块包括至少一个故障指示符。一旦维修操作人员已被指向链环式变换器的正确区域，则这种故障指示符(例如，可视故障指示符和/或可听故障指示符)有益地帮助他或她物理定位有故障的链环式模块。
在本发明的另一个优选的实施例中，每一个链环式子模块包括故障指示符。这种布置帮助维修操作人员容易地物理定位有故障的链环式子模块。
根据本发明的第二方面，提供了一种识别电气设备中链环式子模块的位置的方法，该电气设备包括：链环式变换器，具有多个链环式子模块，多个链环式子模块的每一个是可操作的以提供电压源；以及开关控制单元，用于控制该多个链环式子模块，该方法包括以下步骤：
(a)操作性地在开关控制单元与每一个链环式子模块之间互连电磁辐射管道，开关控制单元与至少一个链环式子模块之间的电磁辐射管道的长度与开关控制单元与至少一个其它链环式子模块之间的电磁辐射管道的长度不同；
(b)通过给定电磁辐射管道传播电磁信号；
(c)确定通过所述给定电磁辐射管道传播电磁信号所花费的时间；以及
(d)根据通过所述给定电磁辐射管道传播电磁信号所花费的时间，识别与给定电磁辐射管道相关联的所述或每一个链环式子模块的位置。
本发明的方法也具有本发明的电气设备的相应特征的优点，如上所述。
附图说明
现在，参照以下附图通过非限制性示例的方式简要描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1示出包括第一和第二链环式变换器的常规电压源变换器的示意图；
图2(a)示出可以形成图1所示链环式变换器中每一个的一部分的4象限双极子模块；
图2(b)示出可以形成图1所示链环式变换器中每一个的一部分的2象限单极子模块；以及
图3示出根据本发明的第一实施例的电气设备的示意图。
具体实施例
根据本发明的第一实施例的电气设备由附图标记50一般性地指定。
电气设备50包括链环式变换器24，链环式变换器24进而包括多个链环式子模块28，链环式子模块28的每一个是可操作的以提供电压源。
电气设备50还包括用于控制多个链环式子模块28的每一个的开关控制单元52，为此，开关控制单元52通过电磁辐射管道54操作性地与每一个链环式子模块28互连。在示出的实施例中，开关控制单元52通过电磁辐射管道54操作性地与每一个链环式子模块28直接互连。
更具体地，在示出的实施例中，链环式子模块28布置在各个组中，每一个组限定链环式模块26。每一个组中的链环式子模块28的数量为八个，但在本发明的其它实施例(未示出)中，一个或更多这样的组(即，一个或更多这样的链环式模块26)可以包括少于或多于八个的子模块28。
在开关控制单元52与每一个链环式模块26之间延伸的电磁辐射管道54类似地布置至电磁辐射管道54的相应的第一组56a、第二组56b、第三组56c、第四组56d、第五组56e和第六组56f中。
各个组56a、56b、56c、56d、56e、56f内的电磁辐射管道54具有彼此相同的长度，并且此长度与电磁辐射管道54的每一个其它组56a、56b、56c、56d、56e、56f内电磁辐射管道54的长度不同。
在本发明的其它实施例中，各个组56a、56b、56c、56d、56e、56f内的电磁辐射管道54可以具有彼此不同的长度，但可能落入与电磁辐射管道54的每一个其它组56a、56b、56c、56d、56e、56f内电磁辐射管道54离散长度范围不同的离散长度范围。
在本发明的另外实施例中，每一个链环式子模块28与开关控制单元52之间的电磁辐射管道54可以具有与每一个其它这种电磁辐射管道54的长度不同的唯一长度。
返回到图3所示的实施例中，电磁辐射管道54的每一个组56a、56b、56c、56d、56e、56f内的电磁辐射管道54共享共同可视识别符，该可视识别符与每一个其它组56a、56b、56c、56d、56e、56f的共同可视识别符不同。在示出的实施例中，共同可视识别符是包封相应的电磁辐射管道54的特定颜色的套筒(sleeve)。例如，电磁辐射管道54的第一组56a的每一个具有深红色套筒，第二组56b具有淡红色套筒，第三组56c具有橙色套筒，第四组56d具有黄色套筒，第五组56e具有绿色套筒，且第六组56f具有蓝色套筒。
然而，其它可视识别符，诸如，不同着色的环或条纹、或不同着色的环或条纹的组合也是可能的。而且，在本发明的其它实施例(未示出)中，每一个单独的电磁辐射管道54可以包括唯一的可视识别符，例如，呈不同着色的环或条纹的唯一组合的形式。
每一个电磁辐射管道54包括：第一管道部58，其操作性地连接至开关控制单元52；以及第二管道部60，其朝向相应的链环式子模块28延伸。
每一个第二管道部60具有相同的长度。
在示出的实施例中，每一个第二管道部60由第一光纤电缆62和多个长度相同的第二光纤电缆(未示出)组成，第一光纤电缆62光学耦合至第一分光器64，第一分光器64固定至相应的链环式模块26，第二光纤电缆的每一个在第一分光器64与相应的链环式模块26的各个链环式子模块28之间延伸。按这种方式，各个光纤电缆62限定无源光学网络(PON)的一部分。
在申请的上下文中，PON是不使接收模块(例如，链环式子模块28)接收的电磁信号有源重复(即，电磁信号被转换成电信号并传递到光发送机用于重发，并由此传递到另一个接收模块以使网络运行)的网络。
更具体地，本发明中的PON使用分光器(例如，第一分光器64)，以通过无动力的(即，无源的)光学装置将接收到的电磁信号分裂(split)为多个电磁信号。然后，每一个分裂的电磁信号被发送给链环式变换器24内的链环式子模块28的给定一个，使每一个链环式子模块28不需要再进一步参与传播所述电磁信号。
因为相关联的无源分光器是可靠的(完全不受存在于这种变换器中的高电场和磁场影响)并且已经被电隔离，所以电磁信号的这种无源传播对于例如电压源变换器尤其有益。
第一分光器64可以与耦合至该第一分光器64的电磁辐射管道54的相应组56a、56b、56c、56d、56e、56f共享共同可视识别符(即，颜色指示)。
本发明的其它实施例可以省略第一分光器64，因此还可以省略共同的第一光纤电缆62，而可代替地包括电磁辐射管道54的第二管道部60(其由直接光学耦合至各个链环式子模块28的单个离散光纤电缆组成)。
此外，也可以使用不同类型的电磁辐射管道。
在此期间，每一个电磁辐射管道54的每一个第一管道部58具有的长度被选择用于限定电磁辐射管道54的相应组56a、56b、56c、56d、56e、56f内的电磁辐射管道54的整体长度与每一个其它组56a、56b、56c、56d、56e、56f内的电磁辐射管道54的整体长度相比之差。
更具体地，在示出的实施例中，每一个第一管道部58包括通过第二分光器70隔开的主要部66和互连部68。主要部66由单个第三光纤电缆72组成，第三光纤电缆72为多个第四光纤电缆74的每一个所共用的，多个第四光纤电缆74构成互连部68并且与各个第一光纤电缆62对应(并且与各个第一光纤电缆62光学耦合)。
每一个第四光纤电缆74具有与其它第四光纤电缆74不同的长度，例如，0m(即，基本上没有互连部68)、3m、6m、9m、13m、15m、18m、21m。以此方式，每一个各个互连部68(即，每一个第四光纤电缆74)的长度限定电磁辐射管道54的相应组56a、56b、56c、56d、56e、56f的整体长度与每一个其它组56a、56b、56c、56d、56e、56f内的电磁辐射管道54的整体长度相比之差。
以这种方式，各种第三光纤电缆72和第四光纤电缆74限定上述PON另外的部分。
长度不同的第四光纤电缆74的每一个被有效地保留在管道外壳76(诸如，储存或检查箱体等)中。
除了上述内容之外，每一个链环式子模块28包括呈可视指示符形式的故障指示符78，例如，灯或其它可视标记(flag)。可视指示符具有非易失性且是双稳态的，使得即使相关联的链环式子模块28和/或其邻近的子模块28被放电以允许维修操作人员安全接近有故障的子模块28，也能够保留其可视指示。
在本发明的其它实施例(未示出)中，一起限定链环式模块26的一组子模块28可以包括为所述组所共用的单个故障指示符。
在使用中，在给定链环式子模块28发生故障因此需要修复或更换的情况下，开关控制单元52通过互连开关控制单元52与有故障的链环式子模块28的电磁管道54传播电磁信号(例如，可见光、红外线或微波脉冲或消息)。
然后，开关控制单元52确定电磁信号通过所述电磁辐射管道54传播所花费的时间。
之后，根据电磁信号通过所述电磁辐射管道54传播所花费的时间，开关控制单元52识别有故障的链环式子模块28的近似物理位置，即，将近似物理位置识别为在相应组的链环式子模块28的区域内，即，将近似物理位置识别为在相应的链环式模块26内。
更具体地，开关控制单元52将这种电磁信号传播所花费的时间等同为相应的电磁辐射管道54的物理长度，并且进而将该物理长度与链环式变换器24的空间布置内的具体物理位置关联起来。因为电磁辐射管道54的不同组56a、56b、56c、56d、56e、56f的每一个具有不同的长度，使得开关控制单元52可辨别电磁信号通过每一个组56a、56b、56c、56d、56e、56f的电磁辐射管道54传播所花费的时间之差，所以这些步骤是可能的。
然后开关控制单元52将有故障的链环式子模块28的物理位置指示给维修操作人员，并且额外地激活子模块28上的故障指示符78，使得一旦维修操作人员移动到与有故障的子模块28的物理位置对应的例如相关联的VSC变换器阀厅内的位置，他或她就能容易地识别该子模块28。
另外，或可选择地，有故障的链环式子模块28本身可以响应于其检测到故障而激活故障指示符78。
在任何这种情况下，优选地，在有故障的链环式子模块28和相关联的链环式模块26上的电压电平降低到随后的维修操作人员所要求的安全水平之后，故障指示符78仍保持激活。