用于控制模块化多等级转换器的方法和控制装置与流程

本文中所公开的技术大致涉及高功率电子设备的领域，且尤其涉及用于控制模块化多等级转换器的方法和控制装置。

背景技术：

模块化多等级转换器（MMC）是相对较新且发展潜力大的转换器类型，其与中电压和高电压等级以及高功率等级一起可用。MMC包含串联连接的多个完全相同的子模块（也表示为单元），从而形成所谓的转换器分支（也表示为臂部（arm）和/或相脚（phase-leg））。这些分支能够以导致不同的转换结构的若干方式配置。

可以按不同方式保护MMC。例如，在交流（AC）单线路故障或直流（DC）线路故障的情况下，例如，可以通过脉冲阻塞保护方案而保护MMC的子模块。当检测到故障时，通过迅速地向子模块发出阻塞脉冲，从而保护子模块。当子模块被强制成其阻塞状态时，根据当脉冲移除时的电流（正或负）和子模块实现方案，在其连接端子处可能出现不同的电压值。

图1a图示在子模块（其为单极子模块）被强制成阻塞状态时的两种不同情况。在左手边，子模块被阻塞，以致于电流经过上部开关S1，而在右手边，子模块被阻塞，以致于电流经过下部开关S2。

图1b图示在子模块（现在以双极子模块为例）被强制成阻塞状态时的两种不同情况。在左手边，子模块被阻塞，以致于电流经过左上开关S1、电容器以及右下开关S4，而在右手边，子模块被阻塞，以致于电流经过右上开关S3、电容器以及左下开关S2。

当阻塞转换器分支中的子模块时，可能发生转换器分支端子两端之间的电压的瞬时增加（除了替代地导致短路的带有负电流极性的单极子模块以外），这转而可能致使包含MMC的系统中的过电压。这样的过电压可能在系统侧或在MMC侧上对设备造成损伤。

技术实现要素：

本发明的目标是要解决或至少缓解上文提到的问题。正是本发明的具体目标而在脉冲阻塞保护下降低过电压。

根据一个方面，通过控制模块化多等级转换器的方法而达到目标，该模块化多等级转换器包含至少一个第一分支和至少一个第二分支中的多个串联连接的子模块。该方法在控制装置中执行，且包含：

- 检测故障状况，以及

- 响应于该检测，应用用于保护模块化多等级转换器的脉冲阻塞规程，其中，脉冲阻塞规程包含向所有子模块的至少一个子集发出脉冲阻塞信号。

该方法导致若干优点。例如，该方法降低在检测到故障且启动脉冲阻塞规程时出现的过电压。从而，该方法降低发生与系统有关的损伤的风险。该方法能够实现期望的电流降低与过电压之间的权衡的主动控制。

根据一个方面，通过针对用于控制模块化多等级转换器的控制装置的计算机程序而达到目标。计算机程序包含计算机程序代码，该计算机程序代码当在控制装置上的至少一个处理器上运行时，致使控制装置执行如上的方法。

根据一个方面，通过包含如上的计算机程序的计算机程序产品和在上面存储计算机程序的计算机可读部件而达到目标。

根据一个方面，通过用于控制模块化多等级转换器的控制装置而达到目标，该模块化多等级转换器包含至少一个第一分支和至少一个第二分支中的多个串联连接的子模块。控制装置配置成：

- 检测故障状况，以及

- 响应于该检测，应用用于保护模块化多等级转换器的脉冲阻塞规程，其中，脉冲阻塞规程包含向所有的子模块的子集发出脉冲阻塞信号。

对于控制装置、计算机程序以及计算机程序产品，同样地获得与前面提到的关于该方法的优点对应的优点。

在阅读下文描述和附图之后，本教导的另外的特征和优点就将变得明显。

附图说明

图1a和图1b图示阻塞状态下的不同的MMC子模块类型。

图2图示可以针对其实现本发明的实施例的模块化多等级转换器。

图3a和图3b示意性地图示可以在图2的模块化多等级转换器中使用的不同类型的子模块。

图4图示针对在脉冲移除期间的转换器电压的仿真结果。

图5图示示出根据本发明的序列脉冲阻塞的效果的仿真结果。

图6图示根据本发明的利用主动选择机制和不利用主动选择机制的轨道侧转换器电压和电流轨迹。

图7图示在不对称短路期间的等效电路。

图8图示针对单相到三相直接AC/AC MMC的关于不对称短路的仿真结果。

图9图示关于在不对称短路期间的轨道侧转换器电压和电流的仿真结果。

图10图示经过根据本发明的控制装置中的方法的步骤的流程图。

图11示意性地图示用于实现本发明的方法的控制装置。

具体实施方式

在下文的描述中，出于解释而非限制的目的，阐明具体细节（诸如，具体的架构、接口、技术等），以便提供透彻的理解。在其它实例中，省略众所周知的装置、电路以及方法的详细描述，以便不会以不必要的细节而使描述晦涩。通篇描述中，相同的参考标号指相同或相似的元件。

为了提供对本发明的透彻的理解，且出于完整性的缘故，开头对MMC给出某些基本描述。

图2示意性地图示针对其可以实现本教导的实施例的模块化多等级转换器1。MMC 1可以例如连接到电网和轨道联锁电力网（railway interties）。MMC 1包含多个所谓的分支（有时表示为臂部和/或肢部和/或相脚）：三个上部分支3a_u、3b_u、3c_u 和三个下部分支3a_l、3b_l、3c_l。作为词汇表上的注释：“上部”和“下部”分支常规地关于一些MMC拓扑结构而使用，但本发明适用于任何类型的MMC。在下文中，使用措辞“上部”和“下部”，而不会丢失一般性。

每个分支3a_u、3b_u、3c_u、3a_l、3b_l、3c_l包含串联连接的多个完全相同的单元 21、……、2n（也表示为子模块）。这些单元典型地完全相同，但在一些实施例中，可以属于不同类型。例如，单极单元和双极单元的组合。分支能够以导致专用的转换结构的若干不同的方式配置。根据该分支需要提供正电压还是正电压和负电压，能够相应地借助于半桥（参见图2a）或全桥（参见图2b）来实现子模块21、……、2n。

所图示的MMC 1是三相MMC，每个相A、B、C包含相应的上部分支3a_u、3b_u、3c_u和下部分支3a_l、3b_l、3c_l。例如，相A包含以参考标号3a_u标示的上部分支和以参考标号3a_l标示的下部分支。相的上部和下部分支典型地具有相同数量的子模块。然而，注意到，另一数量的分支（和相）是可能的。

借助于转换器控制装置10来控制MMC 1。控制装置10可以例如包含集成电路（具体地，现场可编程门阵列（FPGA），其包含可编程逻辑块的阵列）。在其它实施例中，控制装置10包含处理器11。控制装置10可以包含接口（例如，由FPGA实现）。接口使控制装置10能够与MMC 1的每个子模块通信，并且，每个子模块也可个体地控制。为此，每个子模块还包含朝向转换器控制装置10的接口，例如通过使用FPGA而实现接口。作为具体示例，子模块与转换器控制装置10之间的通信可以通过光纤执行，并且，接口可以例如包含光纤连接器。控制装置10可以从子模块接收信息（例如，关于子模块的电容器电压），并且，基于该信息而执行各种算法，且随后，向子模块发送控制信号，且因此控制MMC 1。控制信号可以例如包含切换信号，切换信号用于使子模块在子模块的不同的切换状态之间切换（在下文描述），由此控制MMC 1的电压。可以应用不同的调制方法（例如，脉宽调制）。控制装置10 向每个子模块发出切换信号（调制信号），以便于创建期望的电压输出。为此，分支中的所插入的子模块的数量（即，状态ON下的子模块的数量）受控制。

图3a和图3b示意性地图示可以在MMC 1中使用的不同类型的子模块。取决于子模块的类型，在子模块的端子处，获得不同的可能的电压等级。如图3a中所图示的，每个子模块21、……、2n可以是半桥类型的子模块（也表示为单极单元）。半桥子模块包含电容器Cc和带有相应的反并联二极管的两个切换装置S1、S2（半桥）。切换装置S1、S2可以例如实现为绝缘栅双极型晶体管（IGBT）开关。在正常操作中，在任何时刻，通过来自控制装置10的切换信号而接通开关S1、S2之一，从而对子模块21、……、2n赋予输出电压Vc(即，电容器Cc的电压)或输出电压0（零）。当子模块电压为输出电压Vc时，被认为是处于“ON”状态（也表示为插入状态），并且，当子模块电压为零时，被认为是“OFF”（也表示为旁路状态）。子模块也可以处于阻塞状态，其中，所有的切换装置都关断，并且，电流仅能够通过续流二极管传导。控制装置10可以发出脉冲阻塞信号，由此，子模块设置成处于阻塞状态。

如上文所提到的，例如，在过电流的情况下，子模块21、……、2n也可以处于阻塞状态，其中，切换装置S1、S2两者都关断（通过来自控制装置10的切换信号），并且，电流仅能够通过续流二极管传导。如果电流为正，则电容器将充电，但理想地，电容器不能放电。每个相中的阻塞电压可以是DC电压的两倍。

作为另一示例，在图3b中所图示，每个子模块21、……、2n可以是全桥类型的子模块（也表示为双极单元）。全桥子模块包含四个切换装置S1、S2、S3、S4、（反并联）二极管以及电容器Cc。每个切换装置S1、S2、S3、S4可以例如包含IGBT。

图3a和图3b还图示，子模块21、……、2n可以包含箝位电路4。箝位电路4可以用于对暂态电压进行箝位，并且，用于限制在DC短路故障期间的故障电流。

虽然未明确地图示，但每个子模块21、……、2n还可以包含用于使子模块21、……、2n短路的旁路开关。这样的旁路开关可以例如包含继电器。

如前面所标示的，子模块21、……、2n以及还有旁路开关可以由控制装置10控制。为此，子模块21、……、2n和旁路开关包含接口，该接口用于从控制装置10接收控制信号（脉冲阻塞信号、用于改变子模块和旁路开关的状态的切换信号等）。

简而言之，与现有技术（其中，针对所有的子模块而同时地进行阻塞）形成对照，在各种实施例中，本发明提供使用一种不同途径的方法，该途径涉及关于何时阻塞子模块的对策，以及在一些实施例中，涉及关于阻塞哪个子模块的对策。

根据背景部分清楚的是，MMC1可能面临如下的状况：出于保护原因，所有的切换信号都必须同时地设置为零（子模块设置成处于阻塞状态）。这将导致所有的转换器单元中的开关S1、S2、S3、S4的关断，其中的目的是，在所有的转换器分支中，使电流下降至零，且尽可能快地下降。这在如下的情况下必须执行：其中过电压或过电流状况可能对功率转换器元件有害，例如，可能对开关S1、S2、S3、S4的安全操作区（SOA）构成威胁。

在下文中，单相到三相直接AC/AC MMC将用作应用示例，主要是因为，它使其中能够观察到上述效果的最坏情况组合，且因此危害最大。在图2中图示且参考图2而描述的这样的转换器普遍地用于轨道联锁电力网（即，三相50 Hz电网与单相16.7 Hz轨道电源的互连）。

能够区分两种具体情况：

1. 在相同相的两个分支中的电流具有相同的符号时的脉冲移除。

2. 在相同相的分支中的电流属于相反的符号时的脉冲移除。

图4图示关于上文的两种情况的结果（具体地，在相同相的分支中的电流属于（a）同等的符号和（b）相反的符号时的脉冲移除事件期间的轨道和公共设施侧转换器电压）。在上方图表中，轨道侧上的转换器电压示出为时间函数，而在下方图表中，公共设施侧上的转换器电压示出为时间函数。

在以左手边的两个图表图示的第一种情况下，相同相的两个分支将以相同的极性（在本示例中，为负）在其端子处施加全电压。在轨道网络的级别上，这些电压的串联连接将导致过电压，直到相应的电流被驱动成零，且因此，子模块二极管再次变为被阻塞。考虑到控制电压，过电压甚至更差，并且，过电压储备于子模块中，以及半导体的关断过电压储备于子模块中（例如当使用集成栅极换流晶闸管（IGCT）来实现子模块时）。

在以左手边的两个图表图示的第二种情况下，在脉冲移除的时刻（即，在脉冲阻塞保护的应用下），相同相的两个分支具有相反的电流符号，然而，在相同相的两个分支端子处，将应用相反的电压极性。因此，相反，过电压将主要地出现于三相端子（公共设施侧）处。

这样的过电压是不可接受的，且因此，通常使用涉及电涌放电器、断路器等的解决方案。然而，这引起增加的成本，而本发明替代地以改进的方式提供用于控制MMC 1的方法。在一个方面，通过使用序列脉冲阻塞方法，从而避免在脉冲阻塞保护期间的过电压。在另一方面，通过使用主动选择机制，从而避免在脉冲阻塞保护期间的过电压。

根据本发明的序列脉冲阻塞概念以序列方式向分支的子模块发出脉冲阻塞信号，而不是如现有技术中那样同时地执行该动作。或等效地，序列地移除对子模块的起始脉冲（firing pulse），或序列地使子模块旁路。考虑本发明的各种实施例，这能够以不同方式实现。

在实施例中，在检测到需要发出脉冲阻塞信号（例如，由于检测到的故障）之后，能够根据采用某一增加率的计数器，释放转换器分支内的切换信号。增加率可以被视为在没有子模块被阻塞与所有子模块都被阻塞之间流逝的时间。而且，可以预先配置增加率，或可以在操作期间，实时地确定增加率。计数器值定义子模块要被关断的数量，并且，计数器区间速度（interval speed）定义多快达到新的计数器状态。计数器值以及计数器区间速度能够自由地选取，并且，如对于增加率那样，计数器值以及计数器区间速度能够是预先配置的值或实时地被确定。大体上，计数器值和计数器区间速度的选择能够取决于即将到来的系统的操作点。可以例如根据实时算法（即，指令集）而选择计数器值，该实时算法使预期过电压的估计量与对分支电流和子模块电容器电压的预期效果有关。在该实施例中，一次针对一个子模块而使子模块阻塞（即，旁路）。在其它实施例中，可以一次一组地使一组子模块阻塞，其中，每个组包含两个或更多个子模块。

图5图示仿真结果，其示出根据本发明的序列脉冲阻塞的效果。对于所研究的示例，阻塞状态之间的过渡为同等的，即，在一个计数器状态与下一个计数器状态之间流逝的时间为恒定的。然而，注意到，在其它实施例中，阻塞状态之间的过渡可以按任何期望的方式设置。例如，第一时段可以设置于第一计数器状态与第二计数器状态之间，并且，第二时段（与第一时段不同）可以设置于第二计数器状态与第三计数器状态之间。可以例如逐渐缩短时段，以便最后一个时段（从几乎所有的子模块都被阻塞到所有的子模块实际上都被阻塞的时段）是最短的。

尤其，示出计数器使用这样的不同的计数器增加率的结果，其中，在t = 0.35 s，应用脉冲阻塞信号。上方图表示出轨道侧的转换器电压，并且，如能够看到的，如果未使用根据本发明的序列脉冲阻塞，则电压（由虚线标示）是最高的。以第一子模块（子模块组）被阻塞直到所有的子模块被阻塞之间的2.5 ms应用序列脉冲阻塞，示出（由实线标示）轨道侧的较低的过电压。当以5 ms的计数器增加率应用序列脉冲阻塞（由点线标示）时，同样如此。下方图表对应地示出轨道侧的转换器电流。如能够看到的，应用序列脉冲阻塞也意味着，达到零电流要耗费更长一点的时间。根据本发明的序列脉冲阻塞方法因而比现有技术某种程度稍慢地阻塞MMC 1，而且与现有技术相比，降低所造成的过电压。

序列脉冲阻塞规程目的在于使MMC 1操作点回到期望的操作区。一旦回到操作区中，就不再需要阻塞子模块。鉴于此，且在一些实施例中，可以关于要阻塞多少子模块而引入逐步限制，其中，最终限制是阻塞所有的子模块。

在任何种类的转换器关断的期间，应当为存储于系统电抗器（reactor）中的能量提供路径。由于系统物理结构而导致能量可以自然地传递至个体子模块，致使子模块电容器充电。鉴于个体子模块电容器电压的行为，测试结果表明，发生了递增电容器充电。这取决于若干参数（诸如，电感和电容值、关断时刻的电流值以及每转换器分支的子模块的数量）。

注意到，不仅所实现的计数器的增加率（这可以被视为计数器速度）对避免过电压起到重要作用，而且在序列脉冲阻塞过程的期间选择阻塞哪些具体的子模块被阻塞也对避免过电压起到重要作用。阻塞哪些子模块（即，按什么顺序阻塞这些子模块）的选择将改变转换器分支中的电压和电流轨迹，且因此，根据本发明的一个方面而考虑。

在脉冲阻塞的期间，当包含双极单元时，子模块将被驱动成如下的状态：其中将在其端子处，施加正或负电压。当子模块包含单极单元时，其端子处的电压将为零（二极管正向压降）或给定的极性的电压。该电压为必要的，以便将电流带向零。然而，在瞬时的基础上（即，当利用所公开的序列脉冲阻塞时），不同的子模块状态的影响不同。例如，如果子模块的状态为‘1’（“ON”），并且，分支中的电流为正，则在脉冲移除期间，其端子处的电压将不变。然而，如果子模块处于 ‘0’ 状态（“OFF”）， 则二极管的正向偏压将根据电流极性而对其端子施加正或负单元电容器电压。

鉴于上文，在一些实施例中，引入主动选择机制。这能够基于在脉冲移除期间插入（1或-1）或旁路（0）哪些子模块，实现为控制装置10中的简单算法（即，指令的序列）。首先选择对分支电压造成影响（且将因此尝试阻塞电流）的子模块，且在稍后的阶段，选择其余的子模块。

图6图示利用所描述的主动选择机制和不利用该机制的轨道侧转换器电压和电流轨迹。虽然初始状况与最终状况之间的时间间隔相同，但显然，这样的主动选择机制导致更期望的电压和电流轨迹。

在一个方面，通过不对称短路而降低朝向单相或三相电网的过电压。

图7图示在这样的不对称的短路期间的等效电路。如图中所示，使上部三个分支短路，而对下部三个分支应用脉冲阻塞信号。假设由三相电网、变换器以及分支电感形成的相对高阻抗路径，通过将三个上部转换器分支中的所有的子模块控制为零（即，同时地对所有的子模块应用零向量），能够有意地强制实施三相侧短路。同时，根据所描述的脉冲阻塞规程，能够同时地关断所有的三个下部转换器分支。仅使用一个等效的子模块来对下部分支进行建模，但下部分支旨在图示具体的分支中的所有阻塞的单元的串联连接。

所得到的三相短路电流可以由外部机构（例如，AC侧断路器）处理。同时，将出现于单相侧的过电压将通过仅一个（下部）分支（而不是两个分支）中的电压的串联连接而给出。这将是不利用不对称短路的典型情况。将因而大大地降低所得到的过电压，且能够避免设备过载。

图8图示关于针对单相到三相直接AC/AC MMC的不对称短路的仿真结果。即，图8示出上文提到的实施例的相应的结果。更具体地，且在t = 0.47 s时，通过在所有的子模块上主动地应用零向量，从而以三相电网使MMC 1的三个上部分支短路。这将诱导典型地成形的三相不对称短路电流，当在100 ms之后（即，在t = 0.57 s时）断路器断开时，该电流被驱动成零。同时，将下部分支同时地关断（某种程度以最快的可能的方式将相应的电流驱动成零）。即使当断路器断开时，系统也不需要关闭。当断路器断开，且所有的子模块电流低于给定的阈值时，MMC 1能够在未通过断路器而断连的电网侧上恢复操作。能够从该电网提取有功电流，以便抵补转换器损耗。于是，有可能以对转换器的适当控制使断开的断路器上的电压重新同步。当使这些电压重新同步时，能够再次将断路器闭合，并且，能够恢复正常操作。

图9图示关于在不对称短路期间的轨道侧转换器电压和电流的仿真结果。如预期那样，由于下部分支中的子模块的电压的串联连接，导致将仅出现非常少量的过电压。而且，仿真结果还表明，上部分支中的零向量控制式子模块的个体单元电容器电压将不会经历任何电压差。在另一方面，在脉冲移除（阻塞）时，将以与存储于电抗器中的能量对应的值对下部分支的子模块电容器（其为关断的）进行充电。

注意到，给出另外的实施例，为了更进一步降低轨道侧电压，甚至能够使用前面描述的序列脉冲阻塞概念来关断下部转换器分支。

在各种实施例中提供的方法易于理解，并且，能够在各种基于MMC的拓扑结构（例如，Δ或星形配置下的基于MMC的STATCOM、基于MMC的BESS转换器、DC/AC MMC、直接单相到三相或三相到三相AC/AC MMC以及隔离式DC/DC MMC）中使用。此外，且重要的是，保护功能不受折衷，并且，未作出重大的假设。另外，该方法允许在无需安装任何额外的电压限制元件的情况下保护系统，因为，它们基于现有的硬件和仅细微的软件修改。

可以以不同方式组合已描述的特征和实施例，在下文中给出这些特征和实施例的示例。

图10图示经过根据本发明的控制装置中的方法的步骤的流程图。

提供控制模块化多等级转换器1的方法20。模块化多等级转换器1包含至少一个第一分支3a_u、3b_u、3c_u（在本文中也表示为上部分支）和至少一个第二分支3a_l、3b_l、3c_l（在本文中也表示为下部分支）中的多个串联连接的子模块21、……、2n。例如，模块化多等级转换器1可以包含一组第一分支（例如，三个上部分支）和一组第二分支（例如，三个下部分支），其中，一个这样的第一分支和一个这样的第二分支形成一个相。对于三个上部分支和三个下部分支的具体示例，模块化多等级转换器1将会是三相转换器。然而，注意到，本发明可以应用于具有不同数量的相的模块化多等级转换器。

方法20在控制装置10中执行。方法20包含检测21故障状况。这样的检测可以例如包含检测DC线路故障的发生。

方法20包含响应于该检测，应用22用于保护模块化多等级转换器1的脉冲阻塞规程，其中，脉冲阻塞规程包含向所有的子模块21、……、2n的至少一个子集发出脉冲阻塞信号。可以将子模块一个接一个地阻塞，或可以将一组子模块一组接一组地阻塞（以序列方式）。通过并非如在现有技术中所执行那样一次性阻塞所有的子模块，从而以耗费稍微较长的时间来将电流驱动成零为代价，导致较低的过电压。方法20降低发生与系统有关的损伤的风险。该方法能够实现期望的电流降低与过电压之间的权衡的主动控制。例如，如果应当快速地将电流驱动成零，则能够序列地阻塞一大组子模块。

在实施例中，脉冲阻塞规程包含：以序列方式向所有的子模块的两个或更多个子集中的每个发出相应的脉冲阻塞信号；向第一子集发出至少第一脉冲阻塞信号；以及向第二子集发出第二脉冲阻塞信号。

在上文的实施例的变型中，方法20包含将至少第一和第二脉冲阻塞信号以其间的设置时间间隔发出。

在一些实施例中，脉冲阻塞规程包含使用其中向子模块21、……、2n的至少一个子集发出脉冲阻塞信号的所选择的顺序。

在上文的实施例的变型中，所选择的顺序基于为对降低至少一个第一分支3a_u、3b_u、3c_u和/或至少一个第二分支3a_l、3b_l、3c_l上的电压造成最高影响的子模块21、……、2n的阻塞划分优先级。

在各种实施例中，方法20包含在对至少一个第二分支3a_l、3b_l、3c_l应用脉冲阻塞规程的同时，使至少一个第一分支3a_u、3b_u、3c_u短路。这样的短路可以如已描述地通过在所有的子模块21、……、2n上主动地应用零向量而进行。

在上文的实施例的变型中，脉冲阻塞规程包含对至少一个第二分支3a_l、3b_l、3c_l的所有的子模块21、……、2n应用同时脉冲阻塞信号。例如，模块化多等级转换器1可以如已描述地包含一组第一分支和一组第二分支。脉冲阻塞信号可以随后同时地应用于一组第二分支的所有的分支。各种实施例是可设想的。阻塞可以包含阻塞一组第二分支的仅一个分支中的仅一些子模块、或这样的分支中的所有的子模块、或一组第二分支的一个或多个分支的一些子模块或一组第二分支的所有的分支的所有的子模块等。如已描述的，阻塞可以同时或按所定义的顺序进行。在上文的两组实施例的还有各种变型中，脉冲阻塞规程包含评估是否已达到安全操作点；以及在达到安全操作点的情况下，结束脉冲阻塞规程。随后可以使模块化多等级转换器1与断连的电网重新同步，以及使断路器重新闭合。

在各种实施例中，脉冲阻塞规程包含如下的步骤：评估是否已达到安全操作点，并且，如果是的话，则结束脉冲阻塞规程。可能并非始终有必要阻塞模块化多等级转换器1的所有的子模块，并且，模块化多等级转换器1随后可以更快速地投入完全操作。

在各种实施例中，每个子集包含一个子模块21、……、2n。在一些实施例中，可以一次将一个子模块21、……、2n关断。

图11示意性地图示用于实现本发明的实施例的控制装置10。控制装置10可以包含处理器30，处理器30包含中央处理单元（CPU）、多处理器、微控制器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路等中的一个或多个的任何组合，这些组件能够运行软件指令，其中，这些软件指令存储于存储器31中，因而能够为计算机程序产品。控制装置10的处理器30能够配置成运行如已描述（例如，如关于图10而描述）的方法20的各种实施例中的任何实施例。

存储器31能够是读和写存储器（RAM）和只读存储器（ROM）、闪速存储器、磁带、紧致盘（CD）-ROM、数字通用光盘（DVD）、蓝光盘等的任何组合。存储器31还可以包含持久存储装置，该持久存储装置例如能够是磁存储器、光存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任何单个或组合。

在其它实施例中，控制装置10可以实现为集成电路（诸如，FGPA 35）。FPGA 35可以包含一个或多个可编程逻辑块，每个逻辑块配置成执行某一功能，并且，如已描述（例如，如关于图10而描述）地一起运行方法20的各种实施例中的任何实施例。在还有其它实施例中，控制装置10可以由专用集成电路（ASIC）实现。

控制装置10包含接口33，接口33用于例如通过向模块化多等级转换器1的子模块发出控制信号，从而控制模块化多等级转换器1。接口33可以例如包含用于光纤通信的连接器。

控制装置10可以包含用于实现根据本发明的各种实施例的额外处理电路系统（示意性地以参考标号34指示）。

本发明还包含针对控制装置10的计算机程序32。计算机程序32包含计算机程序代码，该计算机程序代码当在控制装置10上的至少一个处理器上运行时，致使控制装置10执行根据所描述的实施例中的任何实施例的方法20。

本发明还包含计算机程序产品31，计算机程序产品31包含：计算机程序32，用于实现如所描述的方法的实施例；和计算机可读部件，在上面存储计算机程序32。计算机程序产品或存储器因而包含可供处理器30运行的指令。这样的指令可以被包含于计算机程序或一个或多个软件模块或功能模块中。这样的功能模块能够使用软件指令（诸如，在处理器中运行的计算机程序）且/或使用硬件（诸如，专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列、离散逻辑构件等）以及通过其任何组合而实现。可以提供处理电路系统，处理电路系统可以是可适应的，且具体地，适应于执行已描述的方法20的任何步骤。

提供控制装置10以用于控制模块化多等级转换器1，模块化多等级转换器1包含至少一个第一分支3a_u、3b_u、3c_u 和至少一个第二分支3a_l、3b_l、3c_l中的多个串联连接的子模块21、……、2n。控制装置10配置成：

- 检测故障状况，以及

- 响应于该检测，应用用于保护模块化多等级转换器1的脉冲阻塞规程，其中，脉冲阻塞规程包含向所有的子模块的子集发出脉冲阻塞信号。

控制装置10可以配置成例如通过包含一个或多个处理器30和存储器31而执行上文的步骤，存储器31包含可供处理器30运行的指令，由此，控制装置10可操作以执行步骤。在其它实施例中，控制装置配置成通过包含FPGA或实现为FPGA而执行上文的步骤。

在上文的实施例的变型中，脉冲阻塞规程包含：以序列方式向所有的子模块的两个或更多个子集中的每个发出相应的脉冲阻塞信号；向第一子集发出至少第一脉冲阻塞信号；以及向第二子集发出第二脉冲阻塞信号。

在上文的实施例的变型中，控制装置10配置成将至少第一和第二脉冲阻塞信号以其间的设置时间间隔发出。

在各种实施例中，脉冲阻塞规程包含使用其中向子模块2的至少一个子集发出脉冲阻塞信号的所选择的顺序。控制装置10可以因而配置成运行脉冲阻塞规程，该脉冲阻塞规程包含使用其中向子模块2的至少一个子集发出脉冲阻塞信号的所选择的顺序。

在上文的实施例的变型中，所选择的顺序基于为对降低至少一个第一分支3a_u、3b_u、3c_u和/或至少一个第二分支3a_l、3b_l、3c_l上的电压造成最高影响的子模块21、……、2n的阻塞划分优先级。

在各种实施例中，控制装置10配置成在对至少一个第二分支（3a_l、3b_l、3c_l）应用脉冲阻塞规程的同时，使至少一个第一分支（3a_u、3b_u、3c_u）短路。

在上文的实施例的变型中，脉冲阻塞规程包含对至少一个第二分支3a_l、3b_l、3c_l的所有的子模块21、……、2n应用同时脉冲阻塞信号。控制装置10配置成应用脉冲阻塞规程，且因此配置成，在本实施例中，对至少一个第二分支3a_l、3b_l、3c_l的所有的子模块21、……、2n应用同时脉冲阻塞信号。这参考对应方法的对应步骤而描述且例示，并且，在此可同样地适用，但不被重复。

在上文的两组实施例的还有各种变型中，脉冲阻塞规程包含评估是否已达到安全操作点；以及在达到安全操作点的情况下，结束脉冲阻塞规程。控制装置10配置成应用脉冲阻塞规程，且因此配置成，在本实施例中，评估是否已达到安全操作点；以及在达到安全操作点的情况下，配置成结束脉冲阻塞规程。控制装置10随后还可以配置成使模块化多等级转换器1与断连的电网重新同步，并且，使断路器重新闭合。

在各种实施例中，控制装置10配置成评估是否已达到安全操作点，并且，一旦达到安全操作点，就结束脉冲阻塞规程。

在各种实施例中，控制装置10实现为现场可编程门阵列FPGA。

总之，本发明解决MMC中的保护触发式脉冲阻塞的问题，MMC即如下的转换器：其中多个分支能够以若干配置互连，并且，在转换器内发生完全相同的子模块的串联连接。在脉冲阻塞的事件中，子模块的这样的串联连接导致增加的个体电压，这转而可能致使显著的过电压，且因此，致使与转换器或系统有关的严重损伤。通过序列脉冲阻塞以及通过不对称短路概念或其组合而解决问题。

在序列脉冲阻塞的情况下，分支中的子模块以序列方式（而不是同时方式）而被阻塞。以该方式，满足电流下降与系统过电压之间的权衡，且因此，能够以非常快速的方式（即，在低的硬件级别上，诸如在现场可编程门阵列（FPGA）中）主动地控制该权衡。因而，在不同的实施例中，本发明提供阻塞子模块的对策，该对策以耗费更长时间来将电流驱动到零或安全操作点为代价，降低过电压。

在不对称短路的概念中，主动地借助于零向量来使上部转换器分支短路，使得三相侧断路器断开，且因而处理高短路电流。同时，下部分支将关断，因此对共同的端子施加最小量的串联连接的电压。

在本文中，参考一些实施例而已主要地描述了本发明。然而，如本领域技术人员所意识到的，如通过所附专利权利要求所定义的，在本发明的范围内，除了本文中所公开的具体实施例之外的实施例同样地是可能的。