部的DC侧链环式变换器58。
[0222] 当第S端子42处的电压达到+Vd拥，控制单元62导通第一主臂元件部38的导向 开关，并且从而将第一主臂元件部38切换进第一DC端子32与第S端子42之间的电路（如 图3的66c和图16中的部分4所示）。由于第一DC端子32和第S端子42在运个阶段同 为+Vdc的相同电压，在接近零电压和零电流处发生第一主臂元件部38的导向开关的切换， 从而最小化开关损耗。由于第二主臂元件部40的反并联二极管被反向偏置，所W电流被阻 止流入第二主臂元件部40。将第一主臂元件部38切换入电路提供将第一DC端子32连接 至第=端子42的电流路径且从而导致在第=端子42处具有电压+Vdc。 阳223] 当第一主臂元件部38被切换进第一DC端子32与第S端子42之间的电路时（如 图3中的66c和图16中的部分4所示），控制单元62选择性地控制第二臂部的DC侧链环 式变换器58的每个模块60中次开关元件的切换，W便形成将滤波电流注入第屯电压源型 变换器的DC侧的电流源，如图17所示。滤波电流被构形为允许最小化或消除被提供给DC 电网44的DC电压中的一个或多个谐波分量，由此减小DC电压中的DC电压波纹。因此，在 经由第一主臂元件部38提供的电流路径在AC电网46与DC电网44之间传送电力的过程 中，滤波电流的注入使得被提供给DC电网44的DC电压的有源DC侧滤波成为可能。
[0224] 同时，控制单元62控制第一臂部的DC侧链环式变换器58的每个模块60中次开 关元件的切换，W将DC侧链环式变换器58配置为具有零电流基准的电流源，如图17所示。 阳225] 当第一主臂部元件部38被切换进第一DC端子32与第S端子42之间的电路时， 将第一臂部的DC侧链环式变换器58配置为电流源抑制了电流经过DC侧链环式变换器58， 从而抑制DC侧链环式变换器58影响第S端子42处的AC电压波形。 阳226]另外，当最初第一主臂元件部38被切换进第一DC端子32与第S端子42之间的 电路时，将第一臂部的DC侧链环式变换器58配置为具有零电流基准的电流源使得能够容 易地将DC侧链环式变换器58操作为将电流驱使至第一臂部的导向开关中。 阳227]在一段时间之后，控制单元62关断第一主臂元件部38的导向开关且控制控制DC侧链环式变换器58的每个模块60中次开关元件的切换W在第=端子42处具有+Vd。的电 压，由于第一主臂元件部38的导向开关被关断且第一主臂元件部38的反并联二极管被反 向偏置，所W此时第S端子42与第一DC端子32断开。 阳22引然后控制单元62控制DC侧链环式变换器58的每个模块60中次开关元件的切换W在负方向上提升第=端子42处的电压（如图16和图17中的部分5和6所示），直到第 =端子42处的电压达到-Vdc。 阳229] 在负方向上提升第S端子42处的电压过程中，由第一臂部的DC侧链环式变换器 58来控制第S端子42处电压的初始部分，并且由第二臂部的DC侧链环式变换器58来控 制第S端子42处电压的其余部分。运由控制每个DC侧链环式变换器58的每个模块60中 次开关元件的切换的控制单元62来实施，W在第=端子42处电压的初始部分过程中形成 DC侧链环式变换器58的第二布置（如图16和图17的部分5所示），并且，在AC电网46 的AC电压67的过零之后，在第S端子42处电压的其余部分过程中改变为DC侧链环式变 换器58的第一布置（如图16和图17的部分5所示）。
[0230]之后，控制单元62导通第二主臂元件部40的导向开关W将第二主臂元件部40切 换回第二DC端子34与第S端子42之间的电路中（如图3中的66a和图16中的部分1所 示）。 阳231] 将第一主臂元件部38和第二主臂元件部40切换进和切换出电路允许第=端子42处的电压在+Vdc与-VDt之间换向，从而在第S端子42处产生AC电压。 阳232]在操作第屯电压源型变换器W传送=相电力的过程中，多个变换器臂36中两个 变换器臂的主臂元件在任何一个时刻导通。由此，控制单元62可W被配置为控制每个DC 侧链环式变换器58的每个模块60中次开关元件的切换，每个DC侧链环式变换器58被配 置为注入相应滤波电流W便通过具有导电的主臂元件的两个变换器臂36循环滤波电流， 作为被设定为消除提供给DC电网44的DC电压中的一个或多个谐波分量的相等且相反的 电流。
[0233] 图18W曲线图的形式示出在不存在用W消除直流波纹200中谐波电流的滤波电 流的情况下，由第屯电压源型变换器产生的直流波纹200。应该指出是，在直流波纹200中 的凹口是由于DC侧链环式变换器58的控制的改变产生的。如图19所示，在产生图18的 直流波纹200过程中，在连接的星形-=角形变压器的变压器二次侧中的AC电压和电流中 不存在凹口。
[0234] 图20W曲线图的形式示出当注入滤波电流W消除直流波纹202中的6次和12次 谐波分量时，由第屯电压源型变换器产生的直流波纹202。从图20可W看出，注入滤波电 流W从直流波纹202消除6次和12次谐波分量导致DC直流波纹与图18所示的直流波纹 200相比的减小，从而在提供给DC电网44的DC电压中表现出DC电压波纹的减小。
[0235] 图21示出当注入滤波电流W消除直流波纹204中的6次和12次谐波分量时，在 理想化的操作条件下可实现的理论上理想的直流波纹204。从图20和图21可W看出直流 波纹202、204的形状实际相同，从而表现出第屯电压源型变换器通过注入滤波电流将提供 给DC电网44的DC电压中的DC电压波纹减小至接近理论上理想程度的能力。
[0236] 因此，由根据本发明的第屯电压源型变换器的至少一个DC侧链环式变换器58注 入滤波电流允许最小化或消除提供给DC电网的DC电压中的一个或多个谐波分量，由此减 小DC电压中的DC电压波纹。运进而减小相关联DC环电容器或其它滤波硬件所需的尺寸 (或者消除了相关联DC环电容器或其它滤波硬件的需要），从而减小第屯电压源型变换器 的总体尺寸、重量和成本。尤其，在合适的相位和振幅处注入滤波电流能够高达数倍地减小 相关联DC环电容器或其它滤波硬件的尺寸（或者消除了相关联DC环电容器或其它滤波硬 件的需要）。 阳237] 另外，每个DC侧链环式变换器58能够提供步阶式可变电压源，运允许使用步进式 近似在每个链环式变换器58两端产生电压波形且从而使得能够形成最小化或消除提供给DC电网44的DC电压中一个或多个谐波分量所需的滤波电流。可W理解地是，滤波电流可 W被构形为允许最小化或消除被提供给DC电网44的DC电压中的任何谐波分量。
[0238] 另外，与传统电压源变换和DC环电容器或其它滤波硬件的结合相比，使用DC侧链 环式变换器58来控制相应第S端子42处AC电压波形的形态并且注入滤波电流导致有成 本效益的和节能的第屯电压源型变换器。
[0239] 因此，第屯电压源型变换器的配置导致具有极好的DC滤波能力的经济的、节约空 间的电压源型变换器。 阳240] 可选地，控制单元62可W被配置为检测提供给DC电网44的DC电压中至少一个谐 波分量的存在且选择性地控制至少一个DC侧链环式变换器58的每个模块60中次开关元 件的切换，W将滤波电流注入第屯电压源型变换器的DC侧，W便最小化或消除提供给DC电 网44的DC电压中所述或每个检测到的谐波分量。运导致即使当在提供给DC电网44中的 DC电压中存在一个或多个未预期的谐波分量时，也能够产生合适的滤波电流的响应的第屯 电压源型变换器。 阳241] 为了检测提供给DC电网44的DC电压中至少一个谐波分量的存在，控制单元62 可W包括反馈控制器，其被配置为检测提供给DC电网44的DC电压中DC电压波纹；和/或 包括至少一个带通滤波器，其被调谐到特定谐波频率。 阳242]另外，可选地，第屯电压源型变换器还可W包括多个AC侧链环式变换器。AC侧 链环式变换器的第一端被连接至第屯电压源型变换器的多个变换器臂36之一的第=端子 42,并且，在使用中，AC侧链环式变换器的第二端经由相位电抗48和星形-S角形变压器 (未示出）被连接至AC电网46。 阳243]每个AC侧链环式变换器在结构和操作上与每个DC侧链环式变换器58类似。[0244]在使用中，控制单元62控制每个AC侧链环式变换器的每个模块中次开关元件的 切换，W在每个AC侧链环式变换器两端产生合适的电压，该电压可W与相应第=端子42处 的AC电压波形组合W修改AC电压波形，再将AC电压波形提供给AC电网46。可W执行AC 电压波形的运种修改W从AC电压波形滤除一个或多个谐波分量（例如，非S次N谐波分 量）。 阳245] 因此，AC侧链环式变换器在其AC侧为第屯电压源型变换器提供有源滤波能力，并 且因此还减小或消除第屯电压源型变换器的第=端子42处无源滤波的要求，从而减小第 屯电压源型变换器的占地要求。 阳246]根据本发明的第八实施例的第八电压源型变换器在结构和操作上与第屯电压源 型变换器类似，并且相似的特征共用相同的附图标记。 阳247]第八电压源型变换器与第屯电压源型变换器的不同之处在于，在第八电压源型变 换器中：
[0248] ?每个主开关元件50为晶闽管而不是与反并联二极管并联连接的IGBT的的形 式；
[0249] ?由控制每个DC侧链环式变换器58的每个模块60中次开关元件的切换的控制单 元62来实施每个导向开关的关断，W控制第S端子42的AC电压波形的形态W换向关断导 向开关；
[0250] ?每个DC侧链环式变换器58的每个模块60是4象限双极模块60,而不是2象限 单极模块60。 阳巧1 ] 更具体地，每个DC侧链环式变换器58的每个模块60包括两对次开关元件和电容 器形式的一能量储存装置。次开关元件W全桥结构与电容器并联连接W限定能够提供负电 压、零电压或正电压并且可W在两个方向上传导电流的4象限双极模块60。
[0252]可W理解地是，每个DC侧链环式变换器58的每个模块60被配置为4象限双极模 块60仅被选择为有助于说明第八电压源型变换器的操作，并且每个DC侧链环式变换器58 的配置可W变化。例如，在本发明的其它实施例中，每个DC侧链环式变换器可W包括多个 2象限单极模块和一个或多个4象限双极模块的组合。 阳巧3] 通过改变次开关元件的状态，每个模块60的电容器被选择性地旁路或插入到对 应的DC侧链环式变换器58。运选择性地引导电流通过电容器或使得电流旁路电容器，使得 每个模块60提供负电压、零电压或正电压。 阳254]当每个模块60中的每对次开关元件被配置为形成模块60中的短路时，每个模块 60的电容器被旁路。运使得链环式变换器中的电流经过短路且旁路电容器，所W模块60提 供零电压，即模块60被配置为旁路模式。 阳巧5] 当每个模块60中的每对次开关元件被配置为允许DC侧链环式变换器58中的电 流流入和流出电容器时，每个模块60的电容器被插入到DC侧链环式变换器58。然后电容 器将其储存的能量充电或放电W便提供非零电压，即模块60被配置为非旁路模式。每个模 块60的次开关元件的全桥结构允许次开关元件的配置引起电流在任一方向上流入和流出 电容器，所W每个模块60可W被配置为在非旁路模式中提供负电压或正电压。 阳巧6] 可W理解地是，将第一臂部或第二臂部的DC侧链环式变换器58配置为具有零电 流基准的电流源，使得能够容易地将DC侧链环式变换器58操作为不仅当相同臂部的主臂 元件部38、40最初被切换进相应的DC端子32、34与第S端子42之间的电路时，驱使电流 进入相同臂部的导向开关，而且还当相同臂部的主臂元件部38、40被切换出相应的DC端子 32、34与第=端子42之间的电路时，提供相同臂部的主开关元件50的换向。 阳巧7] 每个主开关元件50可W在特定方向上连接W使得第八电压源型变换器被配置为 逆变器或整流器。 阳巧引可选地，每个主开关元件50可W由反并联连接的一对主开关元件50代替，W形成 双向导向开关，使得每个主臂元件部38、40可W在两个方向上传导电流。运允许将第八电 压源型变换器被配置为在两个方向上在AC电网46与DC电网44之间传送电力。 阳259] 可W设想，在本发明的其它实施例中，每个晶闽管可W由另一个自然换向开关装 置代替。
[0260]根据本发明的第九实施例的第九电压源型变换器在结构和操作上与第一电压源 型变换器30类似，并且相似的特征共用相同的附图标记。 阳％1] 第九电压源型变换器与第一电压源型变换器30的不同之处在于：第九电压源型 变换器的控制单元162还被配置为控制DC侧链环式变换器58的每个模块60中次开关元件 的切换，W在第S端子42处产生AC电压波形，所述AC电压波形包括在AC电压波形的正峰 值与负峰值之间的AC电压波形部，从而AC电压波形部包括至少两个不同的电压曲线W从 AC电压波形滤除一个或多个谐波分量，并且不同的电压曲线中的至少一个电压曲线由非零 电压斜率来限定。在图22中示出第九电压源型变换器的控制单元162。 阳％引在第S端子42处产生和控制AC电压波形的形态过程中，AC电压波形的形状被限 定如下。 阳％3] 第S端子42处AC电压波形的形态被控制为使得AC电压波形关于相位角-JT/2 和31/2对称并且关于零相位角非对称，并且在第=端子42处AC电压波形的正峰值和负峰 值之间产生包括不同的电压曲线（其中不同的电压曲线中的至少一个电压曲线是由例如 图23所示的第一非零电压斜率和第二非零电压斜率等非零电压斜率限定的）的AC电压波 形部。 悦64]如图23所示，AC电压波形包括：
[02化]?在第S端子42处带有负电压（即，AC电压波形的负峰值）且具有零电压斜率的 第一段258 ;
[0266] ?带有第一非零电压斜率的第二段260; 阳％7] ?带有第二非零电压斜率的第=段262,第=段262延伸穿过零相位角；
[0268] ?带有第一非零电压斜率的第四段264;W及
[0269] ?在第=端子42处带有正电压（即，AC电压波形的正峰值）且具有零电压斜率的 的第五段266 ; 阳270] ?分别构形为第二段260、第=段262和第四段264的倒置的第六段268、第屯段 270和第八段272。 阳27U 产生AC电压波形的不同段258、260、262、264、266、268、270、272的序列描述如 下： 阳272] ?第二段260跟随第一段258。第一段258与第二段260之间的公共交叉点，即第 一截角对应于-a2的相位角； 阳273] ?第=段262跟随第二段260。第二段260与第=段262之间的公共交叉点，即第 二截角对应于-a1的相位角；
[0274] ?第四段264跟随第S段262。第S段262与第四段264之间的公共交叉点，即第 S截角对应于a1的相位角；
[0275] ?第五段266跟随第四段264。第四段264与第五段266之间的公共交叉点，即第 四截角对应于a2的相位角； 阳276] ?第六段268、第屯段270和第八段272W依次顺序跟随第五段266。 阳277] 因此，AC电压波形在-JT至-JT/2、-JT/2至0、0至JT/2和JT/2至JT的每个周 期上包括第一非零电压斜率、第二非零电压斜率和零电压斜率。
[0278] 在操作第九电压源型变换器来在AC电网46与DC电网44之间传送电力的整个期 间重复上述的产生序列。 阳279] 当对应于第S截角a1的AC电压波形的振幅等于k时，对应于第二截角-a1的 AC电压波形的振幅等于-k，其中k是落在零与AC电压波形的第一段258和第五段266的 幅值之间的值。 阳280] W运种方式，控制单元162控制DC侧链环式变换器58的每个模块60中次开关元 件的切换，W在第S端子42处产生AC电压波形，AC电压波形包括在AC电压波形的正峰值 与负峰值之间的AC电压波形部，AC电压波形部包括第一电压斜率和第二电压斜率（即AC 电压波形的第二段260、第=段262和第四段264)。 阳2川在AC电压波形的0至/2周期上，W运种方式配置AC电压波形限定自由度的数 量，即a1、a2和k。AC电压波形的运些自由度使得控制单元162能够控制DC侧链环式变 换器58的每个模块60中次开关元件的切换，W允许从AC电压波形滤波一个或多个谐波分 量的方式来产生AC电压波形，如下所述。 悦間使用如上限定的S项a1、a2和k可W表示AC电压波形的傅里叶表达式，W给出r次谐波的幅值bf，：
阳284] 然后形成一组S个联立方程，其中，AC电压波形的基波幅值等于幅值M，并且5次 谐波和7次谐波的幅值等于零，如下所给出的。然后为一范围内的M值求解a1、a2和k的 值，如图24所示，其示出AC电压波形基波幅值的不同值的不同波形。
[02蝴图25W曲线图的形式示出针对AC电压波形的基波幅值的不同值绘制的a1、a2 和k的值。从图6可W看出在0. 931的区域中存在间断性