电压源转换器的制作方法

在高电压直流电(hvdc)电力传输网络中，通常将交流电(ac)电力转换成直流电(dc)电力以用于经由架空线、海底电缆和/或地下电缆进行传输。此转换免于需要补偿由电力传输介质，即传输线或电缆，外加的ac电容负载效应，并减少了每千米线和/或电缆的成本，且因此当需要远距离传输电力时变得有成本效益。

当有必要互连dc网络与ac网络时，在电力传输网络中利用dc电力与ac电力之间的转换。在任何此类电力传输网络中，在ac电力与dc电力之间的每一交界处需要换流器以实现所需转换：ac到dc或dc到ac。

根据本发明的第一方面，提供了一种电压源转换器，包括：至少一个ac端子，用于连接到ac网络；至少一个dc端子，用于连接到dc网络；至少一个能量储存装置，其被配置为选择性地储存和释放能量；以及至少一个连接在ac端子和dc端子之间的开关元件，所述或每个开关元件和所述或每个能量储存装置布置在所述电压源转换器中，使得所述或每个开关元件被配置为可切换以选择性地将所述或每个能量储存装置切换到具有所述或每个dc端子的电路中，

其中电压源转换器还包括控制器，该控制器被配置为在测试模式下操作以：

切换所述或每个开关元件，以控制所述或每个能量储存装置切换到具有所述或每个dc端子的电路中，从而响应于dc网络中的故障的存在以及当电压源转换器与ac网络断开时，使用储存在所述或每个能量储存装置中的能量将一个或多个测试电信号注入dc网络中；以及

监控dc网络对注入的所述或每个测试电信号的测试电响应，以便确定dc网络中故障的至少一个特性和/或位置。

在检测到dc网络中的故障之后，通常的做法是阻断电压源转换器并向ac电路中断装置(或者ac电路中断装置)发送断开命令以将电压源转换器与ac网络隔离。这防止ac网络充当与dc网络中的故障有关的故障电流源，其中这种故障电流可能潜在地损坏电压源转换器和dc网络，从而使dc网络断电。在dc网络断电并且去电离时间已经过去之后，向ac电路中断装置发送闭合命令，以将电压源转换器重新连接到ac网络并重新给dc网络供电。这种重新连接通常旨在尽快恢复电力传输，以便最小化电力中断时间。

但是，如果dc网络中存在的故障的持续时间超过预期或故障是永久性的(即需要修复dc网络以消除永久性故障)，则ac电路中断装置的过早闭合会导致连接的ac网络遇到不希望的瞬变。此外，dc网络中故障的持续存在意味着需要重新断开ac电路中断装置。

而且，在包括不同传输介质的组合的dc网络中，根据故障所在的传输介质，故障可能是临时性的或永久性的。例如，架空传输线中的故障往往是临时性的，而传输电缆中的故障往往是永久性的。需要昂贵的传感系统来准确地确定dc网络中故障的位置，以便确认故障是临时性的还是永久性的。替代方案是放弃昂贵的传感系统，并闭合ac电路中断装置，而不检查故障是临时性的还是永久性的，但如果故障出现在dc网络中的时间比预期的长，或者故障证明是永久性的，则仍然存在ac网络会不必要地经历不希望的瞬变的风险。

通常，ac电路中断装置可以经受多次重新闭合，这对于处理临时故障是有利的。然而，机械电路中断装置在短时间内的多次重新闭合受到该装置的物理设计的限制。例如，每次重新闭合可能需要弹簧致动器的再充电或气体储存器的增压，这需要时间。因此，实际的高压电路中断装置不利地局限于单个断开-闭合-断开循环，而在下一次闭合发生之前需要几秒的时间。另外，机械电路中断装置的操作随着时间的推移而导致磨损，这会导致维护需求增加。此外，如上所述，多次重新闭合的使用会导致ac网络经历不期望的瞬变的风险。

本发明的电压源转换器的配置允许确定dc网络中的故障的至少一个特性，这又可以用于决定响应于故障的发生而采取的下一步行动。通过确定故障的所述或每个特性，可以决定重新闭合ac电路中断装置，或放弃ac电路中断装置的闭合直到可以完成对dc网络的修复，是否合适。结果，可以最小化ac电路中断装置的闭合次数，优选的是，ac电路中断装置仅在dc网络健康(即dc网络中不再存在故障)时闭合。这不仅确保了当故障出现在dc网络中的时间超过预期或者故障是永久性的时，ac网络不会不必要地暴露于由于电压源转换器重新连接到ac网络而产生的不期望的瞬变，而且消除了与电路中断装置的多次重新闭合相关的上述缺点。

本发明的电压源转换器的配置还允许确定dc网络中的故障的位置。对dc网络中的故障进行定位允许快速执行修复工作，以消除故障。应当理解，为了能够识别dc网络中故障的位置，确定故障是临时故障还是永久故障并不是必需的。

本发明的电压源转换器的配置还允许使用电压源转换器的部件来执行确定故障的至少一个特性的任务或定位dc网络中的故障的任务，从而消除了需要单独的硬件来执行相同任务的必要性，因而在硬件成本和占地面积方面提供了节约。此外，将电压源转换器的部件配置为能够执行确定故障的至少一个特性和确定dc网络中的故障的位置两种任务会导致进一步节省硬件成本和占地面积。

测试电信号优选地是dc电压信号，但是也可以是其他类型的电信号的形式。

传感器可以布置在所述或每个dc端子处，或者dc网络中的其他地方，以监控dc网络的测试电响应。

在本发明的实施方案中，对dc网络的测试电响应的监控可以包括监控dc网络中的电压和/或电流。这可能涉及监控dc网络中的电压和/或电流的变化或没有任何变化。

在本发明的另外实施方案中，确定dc网络中的故障的至少一个特性可以包括确定故障是继续存在于dc网络中还是不再存在于dc网络中。这种确定可以用于可靠地确定ac电路中断装置是否可以重新闭合以恢复电力传输或者应该保持断开。

在本发明的又一些实施方案中，控制器可以被配置为在另一测试模式下操作以：

切换所述或每个开关元件以控制所述或每个能量储存装置切换到具有所述或每个dc端子的电路中，从而响应于确定所述故障继续存在于所述dc网络中，使用储存在所述或每个能量储存装置中的能量将一个或多个另外的测试电信号注入所述dc网络中，以及

监控所述dc网络对注入的所述或每个另外的测试电信号的测试电响应，以确定所述故障是继续存在于所述dc网络中还是不再存在于所述dc网络中。

在另一测试模式下操作控制器提供了关于确定故障继续存在于dc网络中的更大确定性。另外的测试信号的数量和注入所述或每个另外的测试信号所花费的时间可以根据确认故障继续存在于dc网络中的期望的确定性阈值而变化。

确定dc网络中的故障的至少一个特性可以包括确定dc网络中的故障的类型。

在确定dc网络中故障类型的第一示例中，当dc网络被布置成对称单极配置时，测试电响应可以包括dc网络的两极电压之间的不平衡，这表明dc网络中存在极对地故障。

在确定dc网络中故障类型的第二示例中，当dc网络被布置成对称单极配置时，测试电响应可以包括dc网络中的电压崩溃和直流电流增大，这表明dc网络中存在极对极故障。

在确定dc网络中故障类型的第三示例中，当dc网络被布置成非对称单极或双极配置时，测试电响应可以包括dc网络中的电压崩溃和直流电流增大，这表明dc网络中存在故障。

dc网络中故障类型的确定提供了关于故障的信息，这些信息可用于帮助决定处理故障的下一步行动。

应当理解，除了上述示例之外，本发明还适用于确定其他类型的故障。

控制器可以被配置为响应于dc网络中的故障的存在而阻断电压源转换器，然后，在所述或每个测试电信号被注入dc网络之前解除电压源转换器的阻断。在检测到dc网络中的故障之后电压源转换器被阻断的情况下，在将所述或每个测试电信号注入dc网络之前，必须解除电压源转换器的阻断。

控制器可以被配置为响应于确定故障不再存在于dc网络中而阻断电压源转换器。此后，可以向ac电路中断装置发送闭合命令，以将电压源转换器重新连接到ac网络。

为了确定dc网络中故障的位置，监控dc网络对注入的所述或每个测试电信号的测试电响应可以包括监控由dc网络中的故障的存在引起的至少一个反射信号。

dc网络中故障的存在可改变dc网络的特性，以至于除了任何现有的反射点(如果有的话)之外，还将一个或多个附加反射点引入到dc网络。所述或每个附加反射点的存在会影响dc网络的电响应，因此可用于帮助确定故障的位置。

在这样的实施方案中，确定dc网络中故障的位置可以包括确定以下两者之间的时间差：由dc网络中故障的存在引起的反射信号的到达时间，以及注入的测试电信号的对应到达时间；并且可以包括时间差与dc网络的电特性的组合，以计算dc网络中故障的位置。优选地，使用以下项来确定时间差：由dc网络中故障的存在引起的反射信号的第一到达时间；以及注入的测试电信号的首次到达时间。

在本发明的实施方案中，控制器可以被配置为：

切换所述或每个开关元件以控制所述或每个能量储存装置切换到具有所述或每个dc端子的电路中，从而当所述dc网络中没有故障时，使用储存在所述或每个能量储存装置中的能量将一个或多个参考电信号注入所述dc网络中；以及

监控dc网络对注入的所述或每个参考电信号的电响应，以便建立dc网络的参考电响应，

其中所述或每个测试电信号可以被配置为匹配所述或每个参考电信号，并且所述控制器还可以被配置为比较dc网络的测试电响应和参考电响应，以便确定dc网络中故障的位置。

dc网络的测试电响应和参考电响应之间的比较提供了确定dc网络中故障的位置的有效手段，因为故障位置可以通过dc网络的测试电响应和参考电响应之间的差异容易地突出显示。

应当理解，尽管使用所述或每个参考电信号和参考电响应具有其优点，但是所述或每个参考电信号和参考电响应对于确定dc网络中故障的位置并不是必需的。

在本发明的优选实施方案中，控制器可以被配置为切换所述或每个开关元件以控制所述或每个能量储存装置切换到具有所述或每个dc端子的电路中，从而当dc网络中没有故障并且电压源转换器从ac网络断开时，使用储存在所述或每个能量储存装置中的能量将一个或多个参考电信号注入dc网络中。

虽然在将所述或每个参考电信号注入dc网络的过程中电压源转换器不一定要从ac网络断开，但是这种断开会导致建立用于与测试电响应进行比较的更可靠的参考电响应。

在采用所述或每个参考电信号和参考电响应的本发明的实施方案中，所述或每个参考电信号可以注入具有相应参考电配置的dc网络中。例如，参考电配置可以指dc网络的dc传输介质的远端的开路或短路端接。当dc网络中的故障对应于dc网络的参考电配置或参考电配置之一时，所述或每个测试电信号可以被配置为匹配所述或每个对应的参考电信号。

在采用所述或每个参考电信号和参考电响应的本发明的另外实施方案中，比较dc网络的测试电响应和参考电响应以便确定dc网络中故障的位置可以包括识别由dc网络中故障的存在引起的一个或多个反射点。如上所述，dc网络中故障的存在可能会将一个或多个附加反射点引入dc网络中，因此识别所述或每个附加反射点将有助于确定dc网络中故障的位置。

在这样的实施方案中，比较dc网络的测试电响应和参考电响应以便确定dc网络中故障的位置可以包括：使用测试电响应和参考电响应之间的差异来识别由dc网络中故障的存在引起的一个或多个反射点；和/或使用离散小波变换来识别由dc网络中故障的存在引起的一个或多个反射点。

在采用所述或每个参考电信号和参考电响应的本发明的又一些实施方案中，所述或每个参考电信号可以被配置为具有预定频率，所述或每个测试电信号可以被配置为具有预定频率，并且控制器可以被配置为监控dc网络对注入的所述或每个测试电信号的测试电响应的频率特性，以便确定dc网络中故障的位置。

以这种方式监控dc网络的测试电响应的频率特性允许将dc网络的频率相关特性用于确定dc网络中故障的位置，这可以用于提高基于使用所述或每个参考电信号和参考电响应进行故障位置确定的准确性。

可选地，控制器可以包括神经网络，该神经网络被配置为监控dc网络对注入的所述或每个测试电信号的测试电响应，以便确定dc网络中故障的位置。

在发生故障之前，可以通过将一系列电信号注入dc网络中来训练神经网络，以建立对应于dc网络中的不同故障位置的电响应。这种训练可以离线执行，优选地使用模拟模型。此类电响应可以包括电流幅值、电流变化率、频率信息等。

在训练神经网络之后，它将能够基于其对由于将所述或每个测试电信号注入dc网络中而产生的测试电响应的分析来输出dc网络中故障的位置。

所述或每个开关元件可以被配置为可切换以便于ac端子和dc端子之间的电力传输，并且控制单元可以被配置为选择性地切换所述或每个开关元件，以执行在ac端子和dc端子之间传输电力的转换器功能。

所述或每个开关元件和控制单元的这种配置允许将相同的一个或多个开关元件用于在ac端子和dc端子之间传输电力的主转换器功能，并且使得能够将所述或每个电信号注入dc网络中。

电压源转换器可包括至少一个模块，所述或每个模块包括多个开关元件和至少一个能量储存装置，所述或每个模块中的所述多个开关元件以及所述或每个能量储存装置被布置成可组合，以选择性地提供电压源，所述或每个模块中的所述多个开关元件和所述或每个能量储存装置被布置成使得所述多个开关元件被配置为可切换，以选择性地将所述或每个对应的能量储存装置切换到具有所述或每个dc端子的电路中。

在电压源转换器中提供至少一个这样的模块提供了用于将所述或每个电信号注入dc网络中的可靠手段。

多个模块，特别是多个串联连接的模块可界定链节式转换器。链节式转换器的结构容许通过将各自提供其自身电压的多个模块的能量储存装置插入到链节式转换器中而跨越链节式转换器积聚组合电压，所述组合电压高于可从链节式转换器的各个模块中的每一个获得的电压。以此方式，每个模块中的所述或每个开关元件的切换致使链节式转换器提供步进可变电压源，这容许使用逐步逼近来跨越链节式转换器生成电压波形。

所述或每个开关元件可包括至少一个自换流切换装置。所述或每个自换流切换装置可以是绝缘栅双极晶体管、门极可关断晶闸管、场效应晶体管、注入增强栅晶体管、集成门极换流晶闸管或任何其他自换流切换装置。每个开关元件中的切换装置的数量可取决于所述开关元件的所需电压和电流额定值而改变。

所述或每个开关元件可进一步包括与所述或每个切换装置反并联连接的无源电流检查元件。

所述或每个无源电流检查元件可包括至少一个无源电流检查装置。所述或每个无源电流检查装置可以是能够将电流限制为仅在一个方向上的任何装置，例如，二极管。每个无源电流检查元件中的无源电流检查装置的数量可取决于所述无源电流检查元件的所需电压和电流额定值而改变。

所述或每个能量储存装置可以是但不限于电容器、燃料电池或电池组。

在本发明的优选实施方案中，电压源转换器可包括：用于连接到dc网络的第一dc端子和第二dc端子；以及在第一dc端子与第二dc端子之间延伸的至少一个转换器支路，所述或每个转换器支路包括由一个或相应的ac端子分隔开的第一支路部分和第二支路部分，所述或每个ac端子用于连接到ac网络。

根据本发明的第二方面，提供了一种电压源转换器布置，包括：第一电压源转换器和第二电压源转换器；以及用于互连第一电压源转换器和第二电压源转换器的dc端子的dc传输介质，其中每个电压源转换器根据本发明第一方面的电压源转换器的任何实施方案来配置。

本发明的第一方面的电压源转换器的特征和优点及其实施方案在进行必要的修改后适用于本发明第二方面的电压源转换器布置。

第一电压源转换器和第二电压源转换器协作以使得能够确定dc网络中故障的至少一个特性和/或故障位置的方式有多种，其示例描述如下。

在本发明的另外实施方案中，第一电压源转换器和第二电压源转换器的控制器可以被配置为对测试电响应的监控进行时间同步，以便确定dc网络中故障的位置。

在本发明的又一些实施方案中，第一电压源转换器和第二电压源转换器的控制器可以被配置成使得：第一电压源转换器和第二电压源转换器同时将相应的测试电信号注入dc网络中；或者，第一电压源转换器和第二电压源转换器中的一个将所述或每个相相应的测试电信号注入dc网络中，然后，由第一电压源转换器和第二电压源转换器中的另一个将所述或每个相应的测试电信号注入dc网络中，并且第一电压源转换器和第二电压源转换器的控制器被配置为监控dc网络对同时或顺序注入的测试电信号的测试电响应，以便确定dc网络中故障的位置。在这样的实施方案中，第一电压源转换器和第二电压源转换器的每个控制器可以被配置为基于dc网络的测试电响应来计算相应的阻抗值，并且第一电压源转换器和第二电压源转换器的控制器中的任一个或两个被配置为基于计算出的阻抗值来确定dc网络中的故障阻抗和故障位置。

在本发明的又一些实施方案中，第一电压源转换器和第二电压源转换器的控制器可以被配置为使得第一电压源转换器和第二电压源转换器之一的控制器在其测试模式下的操作被分配优先于第一电压源转换器和第二电压源转换器中的另一个的控制器在其测试模式下的操作。在这样的实施方案中，第一电压源转换器和第二电压源转换器中的所述另一个的控制器可以被配置为仅在第一电压源转换器和第二电压源转换器中的另外一个控制器未能在其测试模式下操作之后才在其测试模式下操作。

根据本发明的第三方面，提供了一种操作电压源转换器的方法，所述电压源转换器包括：至少一个ac端子，用于连接到ac网络；至少一个dc端子，用于连接到dc网络；至少一个能量储存装置，其被配置为选择性地储存和释放能量；以及至少一个连接在ac端子和dc端子之间的开关元件，所述或每个开关元件和所述或每个能量储存装置布置在所述电压源转换器中，使得所述或每个开关元件被配置为可切换以选择性地将所述或每个能量储存装置切换到具有所述或每个dc端子的电路中，

其中所述方法包括如下步骤：

切换所述或每个开关元件，以控制所述或每个能量储存装置切换到具有所述或每个dc端子的电路中，从而响应于所述dc网络中的故障的存在以及当所述电压源转换器与所述ac网络断开时，使用储存在所述或每个能量储存装置中的能量将一个或多个测试电信号注入所述dc网络中；以及

监控所述dc网络对注入的所述或每个测试电信号的测试电响应，以便确定所述dc网络中所述故障的至少一个特性和/或位置。

本发明的第一方面的电压源转换器的特征和优点及其实施方案在进行必要的修改后适用于本发明第三方面的方法。

根据本发明的第四方面，提供了一种操作电压源转换器布置的方法，所述电压源转换器布置包括：第一电压源转换器和第二电压源转换器；以及用于互连第一电压源转换器和第二电压源转换器的dc端子的dc传输介质，其中所述方法包括根据本发明第三方面的方法的步骤操作第一电压源转换器和第二电压源转换器中的每一个的步骤。

本发明第一方面的电压源转换器、本发明第二方面的电压源转换器布置、本发明第三方面的方法及其实施方案的特征和优点在进行必要的修改后适用于本发明第四方面的方法。

电压源转换器布置可以是但不限于hvdc电力传输方案、对称单极布置、不对称单极布置、双极布置或dc电网。

现将参考附图借助于非限制性示例来描述本发明的优选实施方案，在附图中：

图1示意性地示出根据本发明的实施方案的电压源转换器布置；

图2示意性地示出了形成图1的电压源转换器布置的一部分的电压源转换器；

图3示出了在图1的电压源转换器布置中发生故障；以及

图4至图6示出了其中注入示例性测试电信号的dc传输链路的示例性测试电响应。

图1中示出根据本发明的实施方案的电压源转换器布置，且通过附图标记20一般性地表示。

电压源转换器布置20包括经由dc传输链路24(其例如可以是架空线、电缆或两者的组合的形式)互连的第一和第二电压源转换器22。为了便于参考，当需要单独描述时，附图标记26和28将分别用于表示第一电压源转换器和第二电压源转换器。dc传输链路24在两个端部30之间延伸，两个端部分别连接到第一电压源转换器26和第二电压源转换器28。

在图2中，示意性地示出了每个电压源转换器22的结构。

每个电压源转换器22包括第一dc端子32和第二dc端子34以及多个转换器支路36。每个转换器支路36在第一dc端子32与第二dc端子34之间延伸且包括由相应ac端子42分隔开的第一支路部分38和第二支路部分40。在每个转换器支路36中，第一支路部分38在第一dc端子32与ac端子42之间延伸，而第二支路部分40在第二dc端子34与ac端子42之间延伸。

在使用中，每个电压源转换器22的第一dc端子32和第二dc端子34连接到dc传输链路24的相应端部30，并且每个电压源转换器22的每个转换器支路36的ac端子42通过相应的星形-三角形变压器布置46和ac断路器48形式的相应ac电路中断装置连接到相应三相ac网络44的相应ac相。

每个支路部分38、40包括由串联连接的多个模块50界定的链节式转换器。图2示意性地示出了每个模块50的结构。

每个模块50包括呈全桥式布置的一对开关元件52和一个电容器54。所述一对开关元件52以半桥布置与电容器54并联连接，以限定可提供零电压或正电压并且可以双向传导电流的2象限单极模块。

每个开关元件52呈绝缘栅双极晶体管(igbt)形式，其与反并联二极管并联连接。

设想到在本发明的其他实施方案中，每个igbt可替换为门极可关断晶闸管、场效应晶体管、注入增强栅晶体管、集成门极换流晶闸管或任何其他自换流半导体装置。还设想到在本发明的其他实施方案中，每个二极管可替换为多个串联连接的二极管。

每个模块50的电容器54通过改变开关元件52的状态而选择性地被旁路或插入到对应的链节式转换器中。这选择性地引导电流通过电容器54或致使电流58绕过电容器54，从而使得模块50提供零电压或正电压。

当模块50中的开关元件52被配置成在模块50中形成短路时，模块50的电容器54被旁路，由此短路绕过电容器54。这致使对应链节式转换器中的电流穿过所述短路并绕过电容器54，且因此模块50提供零电压，即，模块50被配置成旁路模式。

当模块50中的开关元件52被配置成允许对应链节式转换器中的电流流入并流出电容器54时，模块50的电容器54插入到对应链节式转换器中。电容器54接着充电或释放其储存的能量以便提供正电压，即，模块50被配置成非旁路模式。

以此方式，每个模块50中的开关元件52可切换以控制通过对应电容器54的电流流动。

有可能通过将各自提供其自身电压的多个模块50的电容器54插入到每个链节式转换器中而跨越每个链节式转换器积聚组合电压，所述组合电压高于可从链节式转换器的各个模块50中的每一个获得的电压。以此方式，每个模块50中的开关元件52的切换致使每个链节式转换器提供步进可变电压源，这容许使用逐步逼近来跨越每个链节式转换器生成电压波形。因此，每个支路部分38、40中的开关元件52可切换以选择性地容许和防止通过对应电容器的电流流动以便控制跨越对应支路部分38、40的电压。

设想到在本发明的其他实施方案中，每个模块50可替换为另一类型的模块，其包括多个开关元件和至少一个能量储存装置，每个这样的模块中的多个开关元件和所述或每个能量储存装置被布置成可组合以选择性地提供电压源。

还设想到在本发明的其他实施方案中，每个模块50、58中的电容器54可替换为能够储存并释放能量以提供电压的另一类型的能量储存装置，例如，电池组或燃料电池。

每个电压源转换器22还包括各自的控制器56，其被编程为控制模块50的支路部分38、40中开关元件52的切换。

为了在dc传输链路24和相应的ac网络44之间传输电力，每个控制器56控制模块50的开关元件52的切换，以将相应的支路部分38、40切换到相应的dc和ac端子32、34、42之间的电路中和从这些电路切换出来，从而将dc传输链路24和相应的ac网络44互连。当给定支路部分38、40被切换到相应的dc和ac端子32、34、42之间的电路中时，控制器56切换给定支路部分38、40的模块50的开关元件52以提供步进可变电压源，从而产生电压波形，以便控制对应ac端子42处的ac电压波形的配置，从而促进dc传输链路24和相应ac网络44之间的电力传输。

为了在给定转换器支路36的ac端子42处产生ac电压波形的正ac电压分量，第一支路部分38被连接到第一dc端子32和对应ac端子42之间的电路中，而第二支路部分38从第二dc端子34和对应ac端子42之间的电路中切换出来。

为了在给定转换器支路36的ac端子42处产生ac电压波形的负ac电压分量，第一支路部分38从第一dc端子32和对应ac端子42之间的电路中切换出来，而第二支路部分38连接到第二dc端子34和对应ac端子42之间的电路中。

参考第一电压源转换器26描述使用单个电压源转换器22进行的以下故障特性和位置确定，但是在进行必要的修改后也适用于第二电压源转换器28。

在电压源转换器22的操作期间，故障58可能出现在dc传输链路24中，如图3所示。dc传输链路中故障58的存在可能会导致故障电流流过电压源转换器22的模块50的二极管，这可能会导致电压源转换器22和dc传输链路24的损坏。在所示的实施方案中，每个模块50的半桥布置防止每个模块50阻挡电流从其中流过。

最初，在检测到dc传输链路24中的故障58之后，阻断电压源转换器22，并将断开命令发送到对应的ac断路器48，以便将电压源转换器22从ac网络26断开。

此后，电压源转换器22解除阻断，以允许控制器56以测试模式操作，即通过切换一个或多个模块50的开关元件52，以控制对应的电容器54切换到具有dc端子32、34的电路中，从而使用储存在对应电容器54中的能量，将dc电压信号形式的测试电信号注入到dc传输链路24中。

将测试电信号注入dc传输链路24的目的是在dc传输链路24中产生测试电响应。使用布置在第一dc端子32和第二dc端子34处的传感器(未示出)测量测试电响应，以允许控制器56(和/或用户)监控该测试电响应。

监控dc传输链路24的测试电响应可以包括监控dc传输链路24中的电压和电流的变化或不存在任何变化。这使得能够确定dc传输链路24中故障58的类型，以及故障58是继续存在于dc传输链路24中还是不再存在于dc传输链路24中。

监控测试电响应的电压和电流特性，以确定dc传输链路24中故障58的类型。如果电压源转换器布置20以对称单极配置布置，则dc传输链路24中存在极对地故障将导致这样的测试电响应，其包括dc传输链路24中的极电压之间的不平衡，而dc传输链路24中存在极对极故障将导致这样的测试电响应，其包括电压崩溃和直流电平增大。如果电压源转换器布置20以非对称单极配置布置，则dc传输链路24中存在故障58将导致这样的测试电响应，其包括电压崩溃和直流电平增大。

设想到在本发明的其他实施方案中，如果电压源转换器布置以双极配置布置，则dc传输链路中存在故障将导致这样的测试电响应，其包括电压崩溃和直流电平增大。

如果故障58不再存在于dc传输链路24中，则测试电响应将与dc传输链路24在其正常操作期间的电响应相同，因此故障被确定为临时性故障。例如，对于以对称单极配置布置的电压源转换器布置20，不存在故障将导致这样的测试电响应：其包括dc传输链路24的极的平衡电压，而对于以双极配置布置的电压源转换器布置，不存在故障将导致具有正常电流电平的测试电响应，即没有任何过电流。在这个阶段，电压源转换器22处于阻断状态，并且可以将闭合命令发送到对应的ac断路器48，以将电压源转换器22重新连接到对应的ac网络44以恢复电力传输。

如果故障58继续存在于dc传输链路24中，则确定它是永久性故障，但是也可能是在dc传输链路24中存在的比预期时间更长的临时性故障。

图4至图6示出了向其中注入了20kvdc测试电信号的dc传输链路24的测试电响应。

在图4的情况下，dc传输链路24是健康的，即dc传输链路24中没有故障。因此，将测试电信号注入dc传输链路24中会导致这样的测试电响应，其中dc传输链路24的极的电压是平衡的。当故障58不再存在于dc传输链路24中时，将出现类似的测试电响应。

在确实存在极对地故障的情况下，将测试电信号注入dc传输链路24中会导致图5中所示的测试电响应，其中由于其中一个极的电压下降到零，dc传输链路24的极电压之间存在不平衡。

在具有200ω的故障阻抗的高阻抗极对地故障的情况下，将测试电信号注入dc传输链路24中导致如图6所示的测试电响应，其中由于其中一个极的电压下降到零，dc传输链路24的极电压之间存在不平衡。高阻抗极对地故障的故障阻抗意味着：对应的电压降至零比图5中所示的极对地故障的电压降至零慢。

因此，从图4至图6可以看出，测试电响应可以用于确定dc传输链路24中是否存在或继续存在故障，以及确定dc传输链路24中存在的任何故障58的特性。

为了获得关于故障58的性质的更大确定性，控制器56可以可选地以与测试模式类似的方式在另一测试模式下操作，以使电压源转换器22能够将多个测试电信号注入dc传输链路24中。然后，控制器56监控dc传输链路24对另外的测试电信号的注入的测试电响应，以便确定故障58是继续存在于dc传输链路24中还是不再存在于dc传输链路24中。另外的测试信号的数量和注入另外的测试信号所花费的时间可以根据确认故障58继续存在于dc传输链路24中的期望的确定性阈值而变化。

如果故障58被确定为永久性故障，则需要对dc传输链路24进行修复以消除故障58，并且ac断路器48保持在其断开状态，以避免ac网络44经历不期望的瞬变。因此，确定故障58是否继续存在于dc传输链路24中或者不再存在于dc传输链路24中的能力使得决定是重新闭合ac断路器48或是放弃闭合ac电路断路器48直到可以完成对dc传输链路24的修复变得简单直接。结果，可以使ac断路器48的闭合次数最小化，优选的是，ac断路器48仅在dc传输链路24健康，即故障58不再存在于dc传输链路24中时闭合。这也避免了与ac断路器48的多次重新闭合相关的前述缺点。

为了能够修复dc传输链路24以便消除故障58，有必要识别故障58沿dc传输链路的位置。

还可以通过注入测试电信号并监控dc传输链路24的测试电响应来沿dc传输链路24定位故障。

首先，在电压源转换器布置20的调试阶段(例如，在故障58之前)，控制器56被配置成切换一个或多个模块50的开关元件52，以控制对应电容器54切换到具有dc端子32、34的电路中，从而使用储存在对应电容器54中的能量将dc电压信号形式的参考电信号注入dc传输链路24中。

将参考电信号注入dc传输链路24的目的是在dc传输链路24中产生参考电响应。使用布置在第一dc端子32和第二dc端子34处的传感器(未示出)测量参考电响应，以允许控制器56(和/或用户)监控参考电响应。在第一dc端子32和第二dc端子34处测量的参考电响应的电压和电流由控制器56记录并保存。

波形的性质提供了关于dc传输链路24的特性的细节，类似于指纹。例如，如果dc传输链路24包括由架空线和电缆的串联连接组成的传输部分，则架空线和电缆之间的任何接合或过渡将导致在dc传输链路24中行进的任何波形的反射。保存的参考电响应可以与dc传输链路24的长度组合，以计算dc传输链路24的特性值。

而且，dc传输链路24的远端30，即连接到第二电压源转换器28的dc端子的端部30，可以以不同的方式端接(例如，开路或短路端接)，为每个参考电配置注入相应的参考电信号。

为了确定故障58在dc传输链路24中的位置，控制器56在其测试模式下操作以使电压源转换器22能够将与先前注入的参考电信号匹配的测试电信号注入dc传输链路24中，以产生测试电响应。当dc传输链路24中的故障58对应于dc传输链路24的较早参考电配置时，测试电信号被配置为匹配对应的参考电信号。

此后，控制器56(或用户)比较dc传输链路24的测试电响应和参考电响应，以便确定故障58在dc传输链路24中的位置。由于故障58改变了dc传输链路24的特性，因此dc传输链路24的测试电响应和参考电响应之间将存在差异，并且该差异可用于识别故障58在dc传输链路24中的位置。

dc传输链路24中故障58的存在可以将一个或多个附加反射点引入dc传输链路24中，因此识别所述或每个附加反射点将有助于确定故障58在dc传输链路24中的位置。这可以通过比较dc传输链路24的测试电响应和参考电响应来完成，这可以涉及：使用测试电响应和参考电响应之间的差异来识别由dc传输链路24中故障58的存在引起的一个或多个反射点；和/或使用离散小波变换(discretewavelettransform)来识别由dc传输链路24中故障58的存在引起的一个或多个反射点。

确定故障58在dc传输链路24中的位置的另一种方法是通过确定以下两者之间的时间差：由dc传输链路24中故障58的存在引起的反射信号的第一到达时间；以及注入的测试电信号的首次到达时间。故障58和连接到电压源转换器24的dc端子32、34的dc传输链路端部30之间的距离通过将dc传输链路24的特征波形传播速度(可以在调试阶段测量)除以时间差的一半来确定。

基于对由dc传输链路24中的故障58引起的反射信号的监控的故障定位方法适用于包括由架空线和电缆的串联连接制成的传输部分的dc传输链路。这是因为，如上所述，架空线和电缆之间的任何接合或过渡将导致在dc传输链路24中行进的任何波形的反射。

可选地，所述或每个参考电信号和所述或每个测试电信号可以被配置为具有预定频率，并且控制器56可以被配置为监控dc传输链路24对所述或每个注入的测试电信号的测试电响应的频率特性，以便确定故障58在dc传输链路24中的位置。这允许在确定故障58在dc传输链路24中的位置时考虑dc传输链路24的频率相关特性，这可以被设计成提高故障位置确定的准确性。

可选地，控制器56可以包括神经网络，该神经网络被配置为监控dc传输链路24对所述或每个测试电信号的注入的测试电响应，以便确定故障58在dc传输链路24中的位置。

在故障58发生之前，通过将一系列电信号注入dc传输链路24中来训练神经网络，以建立对应于dc传输链路24中的不同故障位置的电响应。这种训练可以离线执行，优选地使用模拟模型。此类电响应可以包括电流幅值、电流变化率、频率信息等。

在训练神经网络之后，它将能够基于其对由于将测试电信号注入dc传输链路24中而产生的测试电响应进行的分析，来输出故障58在dc传输链路24中的位置。

应当理解，使用所述或每个参考电信号和参考电响应对于确定故障58在dc传输链路24中的位置不是必需的。

还应当理解，所述或每个参考电信号和参考电响应的使用可以应用于根据本发明的其他实施方案的其他故障定位方法。

除了上述确定dc传输链路24中的故障位置的方式之外，可以协同控制第一电压源转换器26和第二电压源转换器28，以能够确定故障58在dc传输链路24中的位置。

首先，可以在第一电压源转换器26和第二电压源转换器28中的每一个处单独执行使用单个电压源转换器22进行的前述故障定位方法，从而可以确定距dc传输链路24的任一端部30的故障距离。如果故障与dc传输链路24的一个端部30的距离比另一个端部30更短，则这可能特别有用，因为当故障距离较短时，由故障58引起的反射将更高并且更容易测量。

其次，第一电压源转换器26和第二电压源转换器28的控制器56对测试电响应的监控进行时间同步，以便确定故障58在dc传输链路24中的位置，优选使用通用无线电分组服务(gprs)。

第三，第一电压源转换器26和第二电压源转换器28的控制器56以其测试模式操作，使得：

·第一电压源转换器26和第二电压源转换器28同时将相应的测试电信号注入dc传输链路24中；或者

·第一电压源转换器26和第二电压源转换器28中的一个将所述或每个相应的测试电信号注入dc传输链路24中，接着第一电压源转换器26和第二电压源转换器28中的另一个将所述或每个相应的测试电信号注入dc传输链路24中。

第一电压源转换器26和第二电压源转换器28的控制器56被配置为监控dc传输链路24对测试电信号的同时或顺序注入的测试电响应，以便确定故障58在dc传输链路24中的位置。

此后，第一电压源转换器26和第二电压源转换器28的每个控制器56基于dc传输链路24的测试电响应计算相应的阻抗值，并且第一电压源转换器26和第二电压源转换器28的控制器56中的一个或两个被配置为基于计算出的阻抗值来确定dc传输链路24中的故障阻抗和故障58的位置。

例如，每个电压源转换器26、28将已知频率和电压va、vb的测试电信号注入dc传输链路24中，并由控制器56(或用户)监控稳态电流ia、ib。电压va和稳态电流ia的值用于计算相对于每个电压源转换器26、28的相应阻抗值za、zb。故障阻抗zf和故障距离xf的计算按如下方式进行(并可以使用任一控制器56通过将计算出的阻抗值za、zb从一个控制器56传送到另一个控制器来执行)：

如果z和l分别是dc传输链路24的每单位长度阻抗和长度(可以在调试阶段测量)，则可以求解等式(1)和(2)，以确定故障阻抗zf和故障距离xf(即，与连接到第一电压源转换器26的dc端子32、34的dc传输链路端30的距离)。

最后但同样重要的，第一电压源转换器26和第二电压源转换器28的控制器56可以被配置为使得第一电压源转换器26和第二电压源转换器28之一的控制器56在其测试模式下的操作被分配为优先于第一电压源转换器26和第二电压源转换器28中的另一个的控制器56在其测试模式下的操作。第一电压源转换器26和第二电压源转换器28中的所述另一个的控制器56可以被配置为仅在第一电压源转换器26和第二电压源转换器28中的另一个控制器56未能在其测试模式下操作之后才在其测试模式下操作。

本发明的电压源转换器22的配置容许使用电压源转换器的部件来执行确定故障的至少一个特性的任务或定位dc传输链路24中的故障58的任务，从而消除了需要单独的硬件来执行相同任务的必要性，因而在硬件成本和占地面积方面提供了节约。此外，将电压源转换器的部件配置为能够执行确定故障的至少一个特性和确定故障58在dc传输链路24中的位置两种任务会导致进一步节省硬件成本和占地面积。

应当理解，每个电压源转换器22的前述结构和操作在进行必要的修改后也适用于这样的电压源转换器：该电压源转换器形成不同电压源转换器布置的一部分并且可以不必连接到另一个电压源转换器。

应当理解，本发明的上述具体实施方案的电压源转换器22的拓扑仅被选择作为描述本发明原理的非限制性示例，并且本发明可应用于其他电压源转换器拓扑，其中该电压源转换器包括：至少一个ac端子，用于连接到ac网络；至少一个dc端子，用于连接到dc网络；至少一个能量储存装置，其被配置为选择性地储存和释放能量；以及连接在ac端子和dc端子之间的至少一个开关元件，所述或每个开关元件和所述或每个能量储存装置布置在电压源转换器中，使得所述或每个开关元件被配置为可切换以选择性地将所述或每个能量储存装置切换到具有所述或每个dc端子的电路中。

可以设想到在本发明的其他实施方案中，每个电压源转换器可包括单个转换器支路或任何多个转换器支路。