1.本发明涉及用于高压直流（hvdc）功率传输网络中交流（ac）和直流（dc）之间的功率转换的电压源转换器，并且涉及操作这种电压源转换器的方法。
背景技术：
2.在hvdc功率传输网络中，ac功率通常被转换成dc功率，以用于经由架空线路、海底线缆和/或地下线缆的传输。这种转换消除了对补偿由功率传输介质（即，传输线路或线缆）所施加的ac电容性负载效应的需要，并且降低了线路和/或线缆的每千米成本，并且因此当需要在长距离上传送功率时变得成本效益合算。dc功率也能直接从海上风力发电场传送到陆上ac功率传输网络。
3.dc功率与ac功率之间的转换用于其中必需互连dc和ac网络的情况下。在任何这样的功率传输网络中，在ac功率与dc功率之间的每个接口处要求转换器（即功率转换器），以实现（effect）从ac到dc或从dc到ac的所要求转换。
4.一种类型的功率转换器是电压源转换器，尽管其他类型的功率转换器也是可能的。
5.根据本发明的第一方面，提供了一种电压源转换器，用于hvdc功率传输网络中的ac和dc之间的功率转换，包括：第一和第二dc端子，用于连接到dc网络并且具有在其间延伸的至少一个转换器分支，所述或每个转换器分支包括由用于连接到ac网络的相应相的对应ac端子分开的第一和第二分支部分，每个分支部分包括在关联的ac端子和第一或第二dc端子中的对应一个之间延伸的链式链路转换器，并且每个链式链路转换器包括链式链路转换器控制器，其被编程为控制多个串联连接的链式链路模块，每个所述链式链路模块具有与能量存储装置并联连接的多个开关元件，由此每个链式链路转换器可控制以提供阶跃可变电压源；以及电压源转换器控制器，其被布置成与每个链式链路转换器控制器操作地通信，以协调所述链式链路转换器的操作，至少一个链式链路转换器控制器，其被编程为在第一时刻建立由所述电压源转换器内的每个链式链路转换器中的所述能量存储装置存储的所有能量的总电压和，并将所建立的总电压和发送到所述电压源转换器控制器，所述电压源转换器控制器，其被编程以为每个链式链路转换器建立调制指数需求，每个所述调制指数需求对应于对应的链式链路转换器被要求产生的链式链路转换器电压基准除以所接收的总电压和，并且被进一步编程为将所建立的调制指数需求发送到每个对应的链式链路转换器控制器，以及每个链式链路转换器控制器，其被进一步编程为通过将所接收的调制指数需求乘以在所述第一时刻建立的所述总电压和，来根据所述所接收的调制指数需求重构它正在控制的所述链式链路转换器被要求产生的所述链式链路转换器电压基准。
6.由于在许多新投入运行的功率传输网络中，这种调制指数信号的供应是强制性要
求，因此具有为每个链式链路转换器建立调制指数需求的电压源转换器控制器是可取的。
7.因此，利用这种调制指数需求作为传递给定链式链路转换器被要求产生的链式链路转换器电压基准的方式，有效地利用了在任何情况下都必须提供的信号。
8.此外，包括链式链路转换器控制器，所述控制器通过将所接收的调制指数需求乘以在第一时刻建立的总电压和，而不是在每个链式链路转换器控制器实际接收所述调制指数需求的稍后时刻的当前总电压和来重构前述链式链路转换器电压基准，补偿由以下原因引起的时间延迟：（i）在第一时刻建立的总电压和被发送到转换器控制器，以及（ii）将所建立的调制指数从电压源转换器控制器发送到每个链式链路转换器控制器，并由此避免将振幅调制引入所重构的链式链路转换器电压基准，否则，例如，如果每个链式链路转换器控制器替代地将所接收的调制指数需求乘以在它接收到所述调制指数需求时的当前时刻所建立的总电压和，就会出现所述振幅调制。
9.在这点上，将振幅调制引入所重构的链式链路转换器电压基准是高度不可取的，因为它对由每个链式链路转换器产生的电压有不利影响，并且它创建了谐波分量，这些谐波分量导致谐振、不稳定和/或调制指数需求信号质量的降级。
10.此外，能够在链式链路转换器控制器级而不是更高的电压源转换器控制器级以前述准确方式重构每个链式链路转换器电压基准，允许电压源转换器基于通常强制性的调制指数需求进行操作，而不需要对链式链路转换器和关联的链式链路转换器控制器的硬件和软件进行重大重新设计，或者进行其它广泛的工程重新设计和验证工作。
11.在本发明的优选实施例中，所述电压源转换器控制器被进一步编程为将所建立的调制指数需求与所接收的总电压和同步。
12.这种特征可取地容许本发明的电压源转换器利用在随后时刻建立的多个总电压和以及对应的多个调制指数需求，以在持续的时间段内维持对电压源转换器的功率输送功能性的准确控制。
13.优选地，在时刻k，由所述电压源转换器内的每个链式链路转换器中的所述能量存储装置存储的所有能量的所述总电压和由下式给出：。
14.可选地，由所述电压源转换器控制器为每个链式链路转换器建立的所述调制指数需求由下式给出：这里，v
*
（k）是所述对应的链式链路转换器被要求产生的所述链式链路转换器电压基准；v
∑
（k
ꢀ–
n/2）是从所述至少一个链式链路转换器控制器接收的所述总电压和，其中n表示每个链式链路转换器控制器和所述电压源转换器控制器之间的对称往返延迟。
15.前述特征有利地允许电压源转换器控制器捕获并随后利用总电压和，以基于由每个链式链路转换器的电压源转换器电压类似地确定的链式链路转换器电压基准，为每个链式链路转换器建立所要求的调制指数需求，而同时考虑到由必须从至少一个链式链路转换
器控制器物理地发送到电压源转换器控制器的总电压和导致的时间延迟，并且由此有助于将调制指数需求与从至少一个链式链路转换器控制器接收的对应总电压和同步。
16.由每个对应的链式链路转换器控制器接收的调制指数需求可以被认为要由下式给出：使以前述方式从每个这种链式链路转换器控制器的角度考虑由每个链式链路转换器控制器接收的调制指数需求，有利地解决了由将每个调制指数需求发送到对应的链式链路转换器控制器的需要所引起的由n/2表示的进一步的时间延迟，并且由此可取地完成调制指数需求与从至少一个链式链路转换器控制器接收的对应总电压和的同步。
17.在本发明的优选实施例中，每个链式链路转换器控制器重构的所述链式链路转换器电压基准由下式给出：这里，v
∑
（k
ꢀ–ꢀ
n）是在所述第一时刻建立的所述总电压和。
18.以前述方式重构每个转换器电压基准有利地确保了调制指数需求与对应建立的总电压和同步，使得在随后时刻建立的多个调制指数需求中的每个都乘以在对应时刻建立的总电压和，以在持续的时间段内准确地补偿从至少一个链式链路转换器控制器到电压源转换器控制器以及从电压源转换器控制器回到每个链式链路转换器控制器的传输延迟。
19.优选地，通过对在所述第一时刻建立的所述总电压和加时间戳来建立表示所述对称往返延迟的n。
20.对总电压和加时间戳有助于建立往返延迟的程度，因为例如它允许电压源转换器控制器根据它接收到总电压和的时刻解出延迟有多长。
21.在本发明的另一个优选实施例中，每次在随后时刻建立总电压和时，都重新计算表示所述对称往返延迟的n。
22.这种特征有助于确保以准确的方式继续表示延迟。
23.可选地，所述至少一个链式链路转换器控制器被进一步编程为在将所述所建立的总电压和发送到所述电压源转换器控制器之前将序列标识符应用于所述所建立的总电压和，并且所述电压源转换器控制器通过在将所述所建立的调制指数需求发送到每个对应的链式链路转换器控制器之前将对应的序列标识符应用于所述所建立的调制指数需求，来将所述所建立的调制指数需求与所述所接收的总电压和同步。
24.前述特征有助于确保所建立的调制指数需求可以容易地与其基于的总电压和配对，例如在给定链式链路转换器控制器对链式链路转换器电压基准的随后重构期间。
25.每个链式链路转换器控制器可被进一步编程为通过将所述所接收的调制指数需求乘以具有所述对应序列标识符的所述总电压和，来重构它正在控制的所述链式链路转换器被要求产生的所述链式链路转换器电压基准。
26.这种特征利用前述的简单配对来确保调制指数需求和正在由每个链式链路转换器控制器操纵的总电压与彼此同步，使得所重构的链式链路转换器电压基准是准确的，并且可以利用多个建立的调制指数需求和对应的总电压和来在持续的时间段内控制电压源转换器。
27.根据本发明的第二方面，提供了一种操作电压源转换器以在hvdc功率传输网络中的ac和dc之间转换功率的方法，所述电压源转换器包括：第一和第二dc端子，用于连接到dc网络并且具有在其间延伸的至少一个转换器分支，所述或每个转换器分支包括由用于连接到ac网络的相应相的对应ac端子分开的第一和第二分支部分，每个分支部分包括在关联的ac端子和第一或第二dc端子中的对应一个之间延伸的链式链路转换器，并且每个链式链路转换器包括链式链路转换器控制器，其被编程为控制多个串联连接的链式链路模块，每个所述链式链路模块具有与能量存储装置并联连接的多个开关元件，由此每个链式链路转换器可控制以提供阶跃可变电压源；以及电压源转换器控制器，其被布置成与每个链式链路转换器控制器操作地通信，以协调所述链式链路转换器的操作，所述方法包括如下步骤：（a）使至少一个链式链路转换器控制器在第一时刻建立由所述电压源转换器内的每个链式链路转换器中的所述能量存储装置存储的所有能量的总电压和，并使所述至少一个链式链路转换器控制器将所建立的总电压和发送到所述电压源转换器控制器；（b）使所述电压源转换器控制器为每个链式链路转换器建立调制指数需求，每个所述调制指数需求对应于对应的链式链路转换器被要求产生的链式链路转换器电压基准除以所接收的总电压和，并进一步使所述电压源转换器控制器将所建立的调制指数需求发送到每个对应的链式链路转换器控制器；以及（c）使每个链式链路转换器控制器通过将所接收的调制指数需求乘以在第一时刻建立的总电压和，来根据所述所接收的调制指数需求重构它正在控制的链式链路转换器被要求产生的链式链路转换器电压基准。
28.本发明的方法共享本发明的电压源转换器的对应特征的益处。
29.将领会，除非另外规定，否则本专利说明书中的术语“第一”和“第二”等的使用只是意在帮助在类似特征（例如，第一和第二dc端子）之间进行区分，而不是意在指示一个特征优于另一个特征的相对重要性。
30.在本技术的范围内，明确地意图的是，在前述段落和权利要求和/或以下的描述和附图中阐述的各个方面、实施例、示例和备选，以及特别是其单独特征，可以独立地或以任何组合来采用。也就是说，除非此类特征不相容，否则所有实施例和任何实施例的所有特征可以以任何方式和/或组合来组合。申请人保留相应地改变任何最初提交的权利要求或提交任何新权利要求的权利，包括修改任何最初提交的权利要求以取决于和/或并入任何其它权利要求的任何特征（尽管没有以该方式原始地要求保护）的权利。
附图说明
31.现在参考以下附图，通过非限制性示例，跟着对本发明的优选实施例进行简要描述，在附图中：
图1示出了根据本发明第一实施例的电压源转换器的示意图；以及图2示意性地示出了图1中所示的电压源转换器的操作。
具体实施方式
32.根据本发明第一实施例的电压源转换器一般由附图标记10指定。
33.电压源转换器10包括第一dc端子12和第二dc端子14，在它们之间延伸有三个转换器分支16a、16b、16c，转换器分支中的每个对应于三相ac网络的给定相a、b、c，转换器10在使用中与所述三相ac网络连接。
34.每个转换器分支16a、16b、16c包括第一分支部分18a、18b、18c和第二分支部分20a、20b、20c，它们由对应的ac端子22a、22b、22c分开。
35.在使用中，第一dc端子12和第二dc端子14连接到dc网络，并且每个ac端子22a、22b、22c连接到ac网络的相应相a、b、c。
36.取决于本发明的电压源转换器意图与之连接的关联的ac网络的配置，本发明的其它实施例可以包括少于或多于三个转换器分支。
37.同时，返回到所示的实施例，每个分支部分18a、18b、18c、20a、20b、20c包括在关联的ac端子22a、22b、22c和第一dc端子12或第二dc端子14中的对应一个之间延伸的链式链路转换器24。
38.每个链式链路转换器24包括被编程为控制多个串联连接的链式链路模块28的链式链路转换器控制器26。
39.每个链式链路模块28包括与以电容器形式的能量存储装置并联连接的多个开关元件（未示出），尽管也可以使用其它类型的能量存储装置，即能够存储和释放能量以选择性地提供电压的任何装置，例如燃料电池或电池。
40.每个开关元件包括通常处于绝缘栅双极晶体管（igbt）的形式的半导体装置。
41.然而，有可能使用其它类型的自换向半导体装置，诸如栅极可关断晶闸管（gto）、场效应晶体管（fet）、金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）、注入增强栅极晶体管（iegt）、集成栅极换向晶闸管（igct）、双模式绝缘栅极晶体管（bigt）或任何其它自换向开关装置。此外，半导体装置中的一个或多个可以替代地包括宽带隙材料，诸如但不限于碳化硅、氮化硼、氮化镓和氮化铝。
42.每个开关元件中的半导体装置的数量可以取决于该开关元件的所要求的额定电压和电流而变化。
43.开关元件中的每个还包括与对应的半导体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以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限制仅在一个方向上的电流流动的任何装置，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以取决于该无源电流检查元件的所要求的额定电压和电流而变化。
44.第一示例性链式链路模块可以包括第一开关元件对，所述第一开关元件对以已知的半桥布置与电容器并联连接以限定2-象限单极模块。开关元件的开关选择性地引导电流通过电容器或使电流旁路电容器，使得第一示例性链式链路模块可以提供零或正电压并且可以在两个方向上传导电流。
45.第二示例性链式链路模块可以包括第一和第二开关元件对以及电容器，它们以已知的全桥布置连接以限定4-象限双极模块。以与第一示例性链式链路模块类似的方式，开关元件的开关再次选择性地引导电流通过电容器或使电流旁路电容器，使得第二示例性链式链路模块可以提供零、正或负电压，并且可以在两个方向上传导电流。
46.每个链式链路转换器24可以仅包括第一示例性链式链路模块、仅包括第二示例性链式链路模块或第一和第二示例性链式链路模块的组合。
47.在任何情况下，供应多个链式链路模块28意味着经由插入多个链式链路模块28（其中每个链式链路模块28提供其自己的电压）的能量存储装置（即电容器）跨每个链式链路转换器24积聚组合电压是可能的，所述组合电压高于从每个单独的链式链路模块28可获得的电压。
48.因此，链式链路模块28一起工作以容许链式链路转换器24提供阶跃可变电压源。这容许使用逐步近似跨每个链式链路转换器24生成电压波形。因此，每个链式链路转换器能够提供宽范围的复杂波形。
49.此外，电压源转换器10包括电压源转换器控制器30，该控制器被布置成例如经由已知的通信接口32与每个链式链路转换器控制器26操作地通信，以协调链式链路转换器24的操作。
50.例如，用来提供阶跃可变电压源的采用前述方式的每个链式链路转换器24的协调操作能被用于在每个ac端子22a、22b、22c处生成ac电压波形，并且由此使得电压源转换器10能够在ac和dc网络之间提供功率输送功能。
51.每个链式链路转换器控制器26被附加地编程为建立它被布置成控制的相应链式链路转换器24中的每个能量存储装置存储的能量的单独电压和。这种单独电压和可以通过测量单独能量存储装置（即电容器）的电压，或者通过估计或预测这种单独电压来建立。在任何情况下，这些单独电压和被传递到单个链式链路转换器控制器26，该控制器在第一时刻k建立由电压源转换器10内的每个链式链路转换器24中的能量存储装置存储的所有能量的总电压和。假设从关联的链式链路模块28获取和/或计算单独电压和与建立总电压和之间的延迟可忽略不计。
52.在本发明的其它实施例中，用于在第一时刻k建立这种总电压和的布置可以不同，例如，总电压和本身可以被估计或预测，但是在任何情况下，至少一个链式链路转换器控制器26被进一步编程为将电压源转换器10内所有能量的所建立的总电压和发送到电压源转换器控制器30。
53.在第一时刻k，这样的总电压和v
∑
由下式给出：如图2中示意性所示。
54.此后，电压源转换器控制器30被编程以为每个链式链路转换器24建立调制指数需求ρ。
55.每个所述调制指数需求ρ对应于由电压源转换器控制器30根据电压源转换器10的操作要求确定的并且对应的链式链路转换器24被要求在第一时刻k产生的链式链路转换器电压基准v*（k）除以所接收的总电压和v
∑
（k）。
56.然而，在前述链式链路转换器控制器26在第一时刻k发送总电压和v
∑
（k）和电压源转换器控制器30实际接收到对应的通信信号之间存在传输延迟。
57.电压源转换器控制器30和每个链式链路转换器控制器26之间的对称往返延迟可以由电压源转换器控制器30采样时间的样本数n来表示，注意n可以是非整数。
58.能建立对称往返延迟并确定表示延迟的对应样本数n的一种方式是通过对在第一时刻k建立的总电压和v
∑
（k）加时间戳。
59.此外，优选地，每次在随后时刻建立总电压和时，都重新计算对称往返延迟和对应的样本数n。
60.由此可见，当电压源转换器控制器30接收到总电压和时，它将具有v
∑
（k
ꢀ–ꢀ
n/2）的等效值，即在第一时刻k总电压和v
∑
（k）延迟了往返延迟n的一半。
61.因此，由电压源转换器控制器30建立的每个链式链路转换器24在第一时刻k的调制指数需求ρ（k）采取以下形式：如图2中示意性所示。
62.在为每个链式链路转换器24建立相应的调制指数需求ρ（k）之后，电压源转换器控制器30被进一步编程为将所建立的调制指数需求ρ（k）发送到每个对应的链式链路转换器控制器26，再次如图2示意性所示。
63.每个链式链路转换器控制器26被进一步编程为根据所接收的调制指数需求ρ（k）来重构其正在控制的链式链路转换器24被要求产生的链式链路转换器电压基准v（k）。
64.在这点上，由于每个调制指数需求ρ（k）从电压源转换器控制器30到每个链式链路转换器控制器26的传输导致的进一步延迟，即n/2个样本的半对称往返延迟，由每个链式链路转换器控制器26接收的调制指数需求ρ（k）被认为由下式给出：这里，v
∑
（k
ꢀ–ꢀ
n）是在第一时刻建立的总电压和，其中n/2个样本的额外延迟被添加到它上。
65.每个链式链路转换器控制器26通过将所接收的调制指数需求ρ（k）乘以在第一时刻建立的总电压和，来根据所接收的调制指数需求ρ（k）重构其对应的链式链路转换器电压基准v（k）。
66.同样，如上所指示，在n个样本的往返延迟之后，在第一时刻k建立的总电压和现在等效于v
∑
（k
ꢀ–ꢀ
n）。
67.因此，由每个链式链路转换器控制器26重构的对应链式链路转换器电压基准v（k）由下式给出：
换句话说，每个链式链路转换器控制器26正确地补偿往返延迟，并将其链式链路转换器电压基准v（k）准确地重构为v*（k），即，最初由电压源转换器控制器30确定的链式链路转换器电压基准v*（k）。
68.此外，以前述方式补偿往返延迟附加地使建立的调制指数需求ρ（k）与在第一时刻建立的总电压和，即v
∑
（k
ꢀ–ꢀ
n）同步。这意味着多个调制指数需求（每个在随后时刻建立）仍然可以乘以在对应时刻建立的总电压和，以便补偿链式链路转换器控制器26和电压源转换器控制器30之间的传输延迟，并且由此确保在持续的时间段内准确控制电压源转换器10。
69.在本发明的附加实施例（未示出）中，电压源转换器控制器可以被进一步编程为以不同的方式将所建立的调制指数需求与接收的总电压和同步。
70.例如，将电压源转换器内所有能量的所建立的总电压和发送到电压源转换器控制器的至少一个链式链路转换器控制器可以被进一步编程为，在将所建立的总电压和发送到电压源转换器控制器之前，将序列标识符应用到所建立的总电压和。这种序列标识符可以被添加到总电压和的数据帧，并且对于连续的总电压和，可能采取v
（abc123）
、v
（abc124）
等形式。
71.然后，电压源转换器控制器可以通过将对应的序列标识符应用于所建立的调制指数需求，例如，对于连续的调制指数需求，以同样的序列标识符ρ
（abc123）
、ρ
（abc124）
等的形式，在将所建立的调制指数需求发送到每个对应的链式链路转换器控制器之前，将所建立的调制指数需求与所接收的总电压和同步。
72.此后，在附加实施例中，每个链式链路转换器控制器可以被进一步编程为，通过将所接收的调制指数需求乘以具有对应序列标识符（例如，相同的序列标识符
（abc123）
或
（abc124）
的总电压和，来重构它正在控制的链式链路转换器被要求产生的链式链路转换器电压基准。也可以替代地使用其它对应的序列标识符（假如每个都与应用于所建立的总电压和的原始序列标识符相关），使得可以标识正确的对应接收的调制指数需求。
73.由此可见，在附加实施例中，多个调制指数需求（每个在随后时刻建立）可以类似地乘以在对应时刻建立的总电压和，即具有相同序列标识符的总电压和，以便再次补偿链式链路转换器控制器和电压源转换器控制器之间的传输延迟，同时利用在随后时刻建立的多个调制指数需求以确保在持续的时间段内准确控制电压源转换器。
74.与上述本发明的实施例相反，如果链式链路转换器控制器26中的一个或多个要通过将所接收的调制指数需求ρ（k）乘以当前在其接收到调制指数需求ρ（k）时的稍后时刻建立的总电压和，根据所接收的调制指数需求ρ（k）重构其对应的链式链路转换器电压基准v（k），则所述重构的链式链路转换器电压基准v（k）将替代地由下式给出：这样，振幅调制，即：
已经相对于最初由电压源转换器控制器30确定的链式链路转换器电压基准v*（k）被添加到所重构的链式链路转换器电压基准v（k）。
75.这是高度不可取的，因为它对每个链式链路转换器24产生的电压有不利影响，并且它创建了谐波分量，这些谐波分量导致谐振、不稳定和/或调制指数需求ρ（k）信号质量的降级。